1.История развития вычислительной техники. Поколения эвм.

Первым инструментом, помогающим людям считать, естественно, была рука. И не случайно почти во всех языках числительное «пять» совпадает с существи- тельным «пять» – кисть руки. Пятеричная система счисления была достаточно распространена в древнем мире, и первые калькуляторы использовали именно пять камушков для исчисления расходов и доходов. Древнеримский абак, рабо- тавший еще в V веке до н. э., и китайский суаньпань, появившийся в VI веке, очень сильно напоминают привычные нам счеты, созданные на Руси в XVI веке, только основных костяшек-камушков в них было по 5 на каждой линейке. Слу- жившие верой и правдой до конца XX века русские счеты работали уже в деся- тичной позиционной системе, и в учебниках по торговому вычислению еще в 80-е годы прошлого века присутствовали главы, посвященные методам работы на них. Разработкой различного рода механических суммирующих устройств занима- лись многие известные ученые мужи, включая Леонардо да Винчи, Паскаля и Чебышева. Популярный во всем мире арифмометр в привычном нам виде (счислитель Куммера) был изобретен в середине XIX века учителем музыки. Усовершенствованный В.Т.Однером, под именем «Феликс», он выпускался со- ветской промышленностью вплоть до 70-х годов XX века. Такие механические калькуляторы использовались не только в бухгалтерской практике, но и при инженерных расчетах. Причем вместе с электрификацией всего мира был мо- дернизирован и арифмометр, превратившись в счетную машинку с электриче- ским приводом. Дальнейший прогресс механических счислителей был крайне затруднен, но бурно развивавшееся изучение электричества преподнесло столь- ко подарков человечеству, что механика почти полностью была вытеснена из компьютеров. Пока практики изготавливали механические сумматоры и умножители, теоретики разрабатывали принципы построения универсальных счислителей и придумывали архитектуру будущих суперкомпьютеров. В результате много- летних изысканий англичанин Чарльз Бэббидж в 1834 году предложил кон- струкцию универсальной аналитической счетной машины. Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»), «мельницы» – для производства действий над числами («арифметическое устройство»), устройства, управляю- щего последовательностью операций («устройство управления»), а также меха- низма ввода и вывода данных. Многие считают именно машину Бэббиджа про- образом современных компьютеров. В доэлектронную эру механические вычислители использовались и для решения дифференциальных уравнений, и для шифрования секретных сооб- щений. Печально знаменитая немецкая «Энигма» была, по сути, тем же кла- вишным арифмометром со специальной системой шифрующих барабанов. Во- енные, по сути, первыми осознали важность вычислительной техники, и все по- 2 следнее время именно вопросы национальной безопасности были главным дви- гателем прогресса ЭВМ. Пока Европа воевала, Америка готовила технологический прорыв как в обла- сти вооружений (атомная бомба) и средств массовой информации (телевизи- онное вещание), так и в вычислительной технике. К концу второй мировой войны там уже вовсю работали первая электромеханическая вычислительная машина «Марк-1» и целое семейство электронных суперкалькуляторов ENIAC. Эти монстры содержали десятки тысяч электровакуумных ламп и ре- лейных переключателей. ENIAC – второй в мире электронный калькулятор – работал в Пенсильвании в 1943—1946 годах. Он еще не был компьютером в со- временном смысле этого слова, и смена «программы», по которой происходят вычисления, производилась с помощью переключаемых проводов, как на теле- фонной АТС тех времен. Этот вычислитель, состоящий из 18 000 электронных ламп, использовали в основном для решения баллистических задач, то есть рас- чета траекторий полета ракет. И уже в 1953 году была выпущена первая серийная IBM 701, способная осуществлять 17 тысяч операций в секунду. Правда, в том же году заработала и первая советская Большая Электронная Счетная Машина — БЭСМ-1. Она за- нимала площадь в 100 м2 , потребляла 30 кВт электричества, состояла из 5 тыс. ламп и выполняла до 10 тыс. операций в секунду. Первое поколение ЭВМ, работавшее на лампах, просуществовало до кон- ца 50-х годов. В 1959 году родилось второе поколение, работающее на транзи- сторах. Полупроводники были существенно надежней ламп, занимали меньше места и потребляли совсем немного электричества, поэтому только машин IBM 1401 серии было продано более 10 тыс. штук. СССР в те же годы выпускал не только стационарные ламповые ЭМВ для наведения истребителей-перехватчиков («СПЕКТР-4»), но и портативные по- лупроводниковые ЭВМ «КУРС», предназначенные для обработки радиолокаци- онной информации. В этом же 1959-м IBM выпустила свой первый мэйнфрейм 7090 с быстродействием 230 тыс. операций в секунду и специальную модифика- цию IBM 7030 для ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе. В апреле 1964 года IBM анонсировала System/360 — первое семейство универсальных программно-совместимых компьютеров и периферийного обо- рудования. Элементной базой семейства «360» были гибридные микросхемы, и новые модели стали считать машинами третьего поколения. Таким образом, транзисторные машины в биографии ЭВМ заняли всего лишь 5 лет. А спустя еще 6 лет, в 1971-м, IBM представила семейство System/370 на новой техниче- ской базе – монолитных интегральных схемах. Идея универсальных вычислительных машин была прогрессивна в ком- мерческом плане, и уже не только военные и ученые, но и бизнесмены с полити- ками и промышленниками стали активно использовать ЭВМ в своей работе. 3 СССР в эти годы еще удерживал паритет по универсальным компьюте- рам, выпуская различные модификации ЭВМ — «Минск», «Мир» и суперЭВМ — БЭСМ-6, способную производить в секунду 1 млн. операций. Семейство ЕС ЭВМ, разрабатываемое всем содружеством социалистических стран, вполне удо- влетворяло потребности военно-промышленного комплекса и систем автомати- ческого управления производственными процессами. Многопроцессорный вы- числительный комплекс «Эльбрус-2» с производительностью 125 млн. операций в секунду совсем неплохо выглядел в 1985 году, хотя американский Сгау-2, до- стигший в том же 1985-м быстродействия 2 млрд. операций в секунду, шел с большим отрывом. В настоящее время основные производители суперкомпьютеров поставили себе задачу к 2010 году достичь производительности в один петафлоп — миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду. Задачи, которые будут решать суперкомпьютеры с такой производительностью, распадаются на два класса: 1. К первому относятся криптография (в том числе взламывание кодов) и со- здание искусственного интеллекта. 2. Ко второму — моделирование ядерных взрывов, долгосрочный прогноз погоды и вычислительные задачи гидродинамики. В США главным заказ- чиком первого круга задач является Агентство национальной безопасности (АНБ), второго — NASA. Но суперкомпьютеры делают сегодня не только в Америке. Японское прави- тельство, потратив около 400 млн. долларов на финансирование 5-летней про- граммы по созданию суперкомпьютера NEC Earth Simulator, состоящего из 5 120 процессоров, существенно обогнало американцев, достигнув быстродействия 36 Тфлопс. Эта компьютерная модель Земли, установленная в одноименном ис- следовательском центре в городе Иокогама, используется для анализа климати- ческих изменений и определения закономерностей сейсмических процессов. В России тоже производят суперкомпьютеры, и хотя состоят они из им- портных комплектующих, решают наши задачи. В июле 2001 года в Межве- домственном суперкомпьютерном центре была введена в действие система МВС-1000М с пиковой производительностью 1 Тфлопс (триллион операций с плавающей запятой в секунду). Пока в Москве работает всего одна такая ма- шина, но в планы НИИ «Квант» входит постепенная замена суперкомпьютеров предыдущего поколения МВС-100 на новые машины. Совсем недавно фирма Cray запустила Cray XI стоимостью 2,5 млн. долла- ров с потенциальными характеристиками 52,4 Тфлопс и 65,5 Терабайт ОЗУ, то есть суперкомпьютер, способный производить 50 триллионов операций с плава- ющей точкой и удерживающий в оперативной памяти все библиотеки мира. Осенью 2002 года японский NEC Earth Simulator был самым быстрым компьюте- ром в мире, но весной 2003-го официальным лидером скорее всего станет Cray XI. Конечно, до придуманного в 1981 году Станиславом Лемом GOLEM XIV этим 4 суперкомпьютерам еще далеко, но и такие параметры — тоже неплохо. Опять же до 2029 года, когда, по мысли фантаста, должен быть собран GOLEM, время еще есть. Кстати, GOLEM (ГОЛЕМ) переводится как «генеральный управитель, даль- номыслящий, этически стабилизированный, мультимоделирующий» — General Operator, Longrange, Ethically Stabilized, Multi-modelling. Если же говорить о персональных компьютерах, то у них существует два дня коммерческого рождения. Первый — это апрель 1977 года, когда на Компь- ютерной ярмарке в Сан-Франциско был продемонстрирован Apple II. Однако во всем мире, кроме Америки, не Макинтоши ассоциируются с домашним и лич- ным компьютером. Эту нишу сегодня занимает другая разновидность ЭВМ, официальная презентация которой состоялась 12 сентября 1981 года в Нью- Йорке, — IBM PC и совместимые с ними компьютеры. Их производят во всех уголках планеты, и именно они составляют основной парк персональных машин. Главная причина такой популярности – «открытость» платформы, при которой любой производитель может сам делать то «железо», которое ему надо. Воссозданная в 1991 году в Лондоне аналитическая машина Чарльза Бэб- биджа отлично заработала, исправно вычисляя логарифмы и другие математи- ческие функции. Однако ее создателю, потратившему 10 лет (с 1823 по 1833 год) на разработку чертежей, так и не удалось ее собрать вплоть до 1842-го, ко- гда проект был заброшен.