4. Поколения цифровых устройствобработки информации

Устройства, облегчающие счет или запоминание его результатов, известны давно, но нас будут интересовать только устройства для вы­числений, которые автоматически выполняют заложенные в них про­граммы. Поэтому мы не рассматриваем здесь такие устройства, каксчеты, механические арифмометры и электронные калькуляторы.

Первая счетная машина с хранимой программой была построена французским ученымБлезом Паскалем в 1642 г. Она была механичес­кой с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания. Немецкий математикГотфрид Лейбниц в 1672 г. построилмеханическую машину, которая могла делать также операции умноже­ния и деления. Впервые машину, работающую по программе, разра­ботал в 1834 г. английский ученыйЧарльз Бэббидж. Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройствоввода с перфокарт и печатающее устройство. Команды считывались с перфокарты и выполняли считывание данных из памяти в вычисли­тельное устройство и запись в память результатов вычислений. Все устройства машины Бэббиджа, включая память, были механически­ми и содержали тысячи шестеренок, при изготовлении которых тре­бовалась точность, недоступная вXIXв. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому впервые для напи­сания таких программ потребовался программист. Первым програм­мистом была английский математикАда Лавлейс, в честь которой уже в паше время был назван язык программированияAda.

В XXв. начала развиваться электроника и ее возможности немедленно взяли на вооружение разработчики вычислительных машин. С построения вычислительных машин, базовая система элемен­тов которых была построена на электронных компонентах, начина­ется отсчет поколений цифровых вычислительных машин. Отметим, что деление периода развития цифровой техники на этапы связано, в основном, с переводом базовой системы элементов на новые тех­нологии производства электронных компонентов.

Первое поколение – электронные лампы (1945-1955 гг.)

В основе базовой системы элементов этого поколения компью­теров лежали электронные лампы. Их использование определяло и достоинства и недостатки цифровых устройств. Электронные лампы обеспечивали высокую скорость переключения логических элемен­тов, что увеличивало скорость вычисления по сравнению с попыт­ками создать вычислительную машину, базовый элемент которой был построен на основе электромеханического реле. Электронные лам­пы были достаточно долговечны и обеспечивали надежную работу компьютера. К сожалению, недостатков у ламповых компьютеров тоже было достаточно. Электронные лампы работали с напряжени­ями в десятки вольт и расходовали много энергии, кроме того, раз­мер электронных ламп, по современным понятиям микроэлектрони­ки, был огромным — несколько десятков кубических сантиметров. Для построения вычислительной машины нужны были тысячи ло­гических элементов, поэтому размер ламповых вычислительных ма­шин по занимаемой площади составлял десятки квадратных метров, а потребляемая мощность колебалась в пределах от единиц до десят­ков и даже сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегрева­нию ламп, которые были размешены довольно компактно, и стави­ла задачу эффективного охлаждения электронных компонентов машины. Скорость обработки информации в ламповых машинах колебалась от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в се­кунду.

Первой ЭВМ принято считать машинуENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), созданную в США в конце 1945 г. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики, машина оказаласьуниверсальной, т.е.способной решать различные задачи.

Проект создания ENL4C, начатый в апреле 1943 г., был полностьюзавершен в декабре 1945 г.; в качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания, обработавоколо 1 млн перфокарт с исходными данными. ENIAC была по размерам высотой 6 м, шириной 4 м, дайной 30 м; весила 30 т. Машина содержала 18 000 электронных ламп 16 ос­новных типов, 1500 реле, пот­ребляя мощность в 140 кВт.

Еще до начала эксплуатации ENIAC ее создатели Моучли и Эккерт по заказу военного ведомства США приступили к проекту нового компьютера EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память, предназначенная как для данных, так и для программы. Такой подход (хранимые в памяти программы) устранял основной недостатокENIAC — необ­ходимость перекоммутации многих узлов машины, что при сложныхпрограммах требовало до двух дней. Данное обстоятельство не позво­ляло считать ENIAC полностью автоматической ЭВМ.

В EDVAC программа электронным методом записывалась в специ­альную память на ртутных трубках(линиях задержки), а вычисленияпроизводились уже в двоичной системе счисления, что позволило су­щественно уменьшить количество ламп и других элементов электронныхцепей машины.

Как правило, ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов, а сам процесс про­граммирования больше напоминал искусство, которым занимался весьма узкий круг математиков, инженеров-электриков и физиков.