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

Машина «Роботрон-300»

теристики внутренних устройств имеет модель 1304, серийное производство которой было начато в 1969 г. Отличительными осо­ бенностями машины являются возможность работы в режиме

мультипрограммирования, наличие развитой операционной систе­

мы и ориентация на обработку экономической информации [59].

Во второй половине 60-х годов серийное производство уни­

версальных ЦВМ было налажено в Чехословакии (модели

МСП-2, ЗПА-600, ТЕСЛА-200 и др.) и Германской Демократи­ ческой Республике (малые ЦВМ «Целлатрон 8106» и «Целлатрон

8205» и ЦВМ среднего класса «Роботрон-300»). Наибольший интерес среди данных моделей представляет «Роботрон-300», раз­ работанный Институтом электронных вычислительных машин в Карл-Маркс-Штадте. Серийный выпуск машины был начат в ав­

густе 1967 г., причем в течение двух лет (к октябрю 1969 г.) было изготовлено 100 экземпляров данной модели. «Роботрон300» хорошо приспособлен для применения в информационных

системах и системах управления непрерывными технологически­

ми процессами. Машина оперирует словами переменной длйны,

формируемыми из алфавитно-цифровых знаков длиной восемь

двоичных разрядов, может выполнять одновременно две програм­

мы и содержит развитый набор периферийных устройств (в том

числе устройство ДФЕ-550 для передачи цифровой информации по телефонной сети), подключаемых к центральному блоку через

три канала ввода-вывода данных. Система ЗУ включает оператив­ ную память на ферритовых сердечниках (емкость от 10 до 40 тыс.

279

знаков, время выборки 10 мксек) и ЗУ на магнитных лентах.

К матине может быть подключено также дополнительное ЗУ па

ферритовых сердечниках и до четырех ЗУ на магнитных бараба­

нах. Несмотря на низкую тактовую частоту (100 кгц), номиналь­ ное быстродействие машины составляет 5000 on!сек [60].

В60-х годах несколько типов универсальных ЦВМ было разра­ ботано также в Венгрии и Румынии. Особо следует отметить ма­

лую универсальную ЦВМ 810-СИ 10010, разработанную в 1968 г.

венгерским заводом ЭМГ. Машина выполнена на интегральных схемах и выпускается в двух основных модификациях с оператив­

ными ЗУ емкостью 1024 и 4096 16-разрядиых слов [61]. В Венг­

рии налажено также серийное производство различных типов пе­

риферийной аппаратуры.

Некоторые специфические особенности развития универсаль­ ных ЦВМ второго поколения в странах СЭВі обусловлены характе­ ром их применения.

ВСССР и других социалистических странах, особенно в первой половшіе 60zx годов, преобладало локальное (вне рамок некото­ рых, например информационных пли управляющих, систем) ис­

пользование ЦВМ. В результате такие тенденции, как системати­

ческое повышение роли периферийного оборудования и математи­ ческого обеспечения при разработке ЦВМ, не получили сущест­ венного развития в первой половине 60-х годов. Во второй половине

60-х годов применение ЦВМ в автоматизированных системах управления (АСУ), а также в системах управления непрерывны­

ми технологическими процессами значительно расширяется. Так,

вСССР в 1966—1970 гг. было введено в действие 370 АСУ и 174

системы управления технологическими процессами в реальном масштабе времени [62]. Существенное развитие в конце 60-х го­

дов получила также тенденция к повышению роли математичес­

кого обеспечения при разработке ЦВМ.

Значительное внимание во второй половине 60-х годов стало

уделяться разработкам в области микроэлектроники, в том числе

интегральных логических схем и устройств памяти на тонких маг­ нитных пленках. Исследования в области интегральной техноло­

гии явились необходимым этапом на пути организации серийного

производства микроэлектронных элементов и выпуска в 70-х годах универсальных ЦВМ на интегральных схемах.

Завершая рассмотрение производства машин второго поколе­

ния в странах СЭВ, следует отметить высокий уровень потен­ циальных возможностей для более интенсивного серийного выпус­

ка и применения ЦВМ. Эти возможности обеспечиваются такими факторами, как высокие темпы развития народного хозяйства,

курс на комплексную механизацию и автоматизацию производст­

ва, техническое сотрудничество в рамках СЭВ, отсутствие социаль­

ных конфликтов, связанных с автоматизацией производства, го­

сударственное планирование производства и внедрения средств

вычислительной техники.

280

6. Взаимосвязь тенденций развития

Рассмотренные выше некоторые особенности и тенденции

развития универсальных ЦВМ на дискретных полупроводниковых

и магнитных элементах касаются различных аспектов их эволю­ ции (рост производства и областей применения, структура ма­

шин, развитие средств программирования и т. д.). Представляет­

ся целесообразным попытаться найти взаимосвязь различных

особенностей и тенденций и, таким образом, наметить обобщен­ ную схему развития.

Некоторые из рассмотренных выше тенденций являются об­

щими как для данного периода, так и для предшествовавших пе­

риодов развития универсальных ЦВМ. Сюда относятся такие

направления развития, как повышение производительности ЦВМ,

снижение себестоимости (в пересчете на производительность),

люцией физико-технологических особенностей вычислительной ап­

паратуры. Как было отмечено во Введении, важнейшая тенденция

развития универсальных ЦВМ — повышение их производитель­

ности — во многом определяется совершенствованием технологии изготовления схемных элементов, на базе характеристик которых разрабатываются новые схемотехнические и структурные решения.

Выше было показано также влияние применения транзисторов на

такие характеристики машин, как надежность, плотность компо­

новки схем, потребляемая мощность и т. д.

Наряду с данными тенденциями в период машин второго по­ коления выявились некоторые новые направления эволюции

универсальных ЦВМ, не наблюдавшиеся или не получившие су­ щественного развития в предшествующие периоды. Сюда относят­ ся такие явления:

1)интенсивное развитие проблемно-ориентированных алго­ ритмических языков;

2)систематическое повышение затрат на математическое обес­

печение в общей совокупности затрат на разработку универсаль­ ных ЦВ|М;

3) развитие системного подхода к проектированию ЦВМ; \

4)систематическое повышение доли затрат на периферийное

оборудование в суммарной стоимости производства вычислитель­

ной аппаратуры;

5)развитие модульного принципа конструирования;

6)интенсивное использование универсальных ЦВМ для обра­ ботки экономической информации, а также развитие такой сферы

применения, как управление в реальном масштабе времени;

7)развитие мультипрограммирования;

8)развитие систем контроля и диагностики ЦВМ и т. д.

281

Рассматривая взаимосвязь данных тенденций, необходимо отметить их зависимость от процесса расширения областей при­

менения ЦВМ, т. е. от расширения круга решаемых задач и по­

вышения их сложности. В разд. 4 гл. 6 отмечались три основные

сферы использования универсальных ЦВМ второго поколения:

научно-технические расчеты, обработка экономической информа­ ции и управление в реальном масштабе времени. Масштабы при­

менения универсальных ЦВМ в данных областях оказали сущест­

венное влияние иа развитие перечисленных выше тенденций в

каждой из промышленно развитых стран. Например, ориентация

на преимущественное применение ЦВМ для решения научнотехнических задач, характерная для СССР, явилась причиной то­ го, что такие тенденции, как повышение роли периферийного оборудования и математического обеспечения при разработке

универсальных ЦВМ, не получили такого развития, как, напри­

мер, в США.

Одной из наиболее существенных черт использования универ­

сальных ЦВМ в США, а также в ряде западноевропейских стран

является широкое распространение информационных систем, обра­

батывающих экономическую информацию. Специфика обработки

экономической информации заключается, в частности, в больших

объемах вводимых-выводимых дДнных. Соответственно повышают­

ся требования к пропускной способности устройств ввода-вывода,

их ассортименту, емкости внутренних ЗУ, аппаратуре, осуществ­

ляющей связь процессора с внешними устройствами, и т. д. В ре­

зультате растет доля расходов на периферийную аппаратуру в сум­

марной себестоимости ЦВМ.

Разработка большого количества алгоритмических языков в

60-х годах явилась следствием расширения областей применения

ЦВМ и трудностями программирования на языке машинных ко­

манд. Значительная часть разработанных языков ориентирована

на запись алгоритмов решения экономических и ииформациоино-

логических задач.

Развитие проблемно-ориентированных алгоритмических язы­

ков явилось одной из причин повышения роли математического

обеспечения при разработке универсальных ЦВМ. Важное значе-

пие имело также стремление фирм заинтересовать потенциальных

потребителей в использовании универсальных ЦВМ- В частности,

с этой целью была налажена разработка стандартных программ

для решения различных типов задач, которыми стали оснащать­

ся выпускаемые ЦВМ. Наконец, на развитие операционных сис­

тем существенно повлияло усложнение структуры ЦВМ, в част­

ности применение методов мультипрограммирования. Повышение

роли средств математического обеспечения привело к развитию системного подхода к разработке ЦВМ, а стремление удовлетво­ рить запросы максимально широкого круга потребителей явилось

одной из важнейших причин развития модульного принципа кон­

струирования, позволяющего в определенных рамках варьиро­

282

вать состав оборудования в зависимости от предъявляемых тре­ бований.

І4сходный момент развития мультипрограммирования — сов­

мещение во времени работы устройств ввода-вывода и централь­ ного процессора. Это имело особое значение в условиях большого объема вводимой-выводимой информации и интенсивного обмена между оперативными ЗУ и внешней памятью. Развитие мульти­

программирования позволило повысить интенсивность исполь­

зования оборудования и таким образом снизить стоимость ре­ шения задач, что способствовало расширению круга потребите­ лей.

Развитие систем контроля и диагностики явилось следствием

усложнения структуры машин, в частности за счет применения

методов мультипрограммной работы, а также результатом расши­

рения состава оборудования и увеличения объема передачи ин­

формации внутри системы.

Таким образом, развитие ряда тенденций, характерных для

машин второго поколения, может быть связано с расширением

сферы их применения, прежде всего сферы обработки экономико­

статистической информации. При этом в ряде стран, прежде все­ го в США, существенную роль сыграли как техническая полити­

ка фирм-производителей универсальных ЦВМ, так и развитие

вычислительной сферы обслуживания, в том числе широкое рас­

пространение фирм-консультантов, способствовавших интенсив­

ному внедрению информационных систем в различные области

экономики. Наряду с информационными системами некоторое раз­ витие в СССР, США и других странах получили системы управ­

ления в реальном масштабе времени. Как было показано ранее,

управление в реальном масштабе времени предъявляет ряд спе­

цифических требований к структуре и параметрам ЦВМ. Очевид­ но, что масштабы и специфика применения систем управления

могут оказать определенное влияние на особенности дальнейшей

эволюпии универсальных ЦВМ.

ЛИТЕРАТУРА

1.Computer Characteristics Quarterly, March 1963.

2.Проектирование сверхбыстродействующих систем. Комплекс «Стретч». Μ., «Мир», 1965.

3.К. Е. Knight. Datamation, 1966, 12, N 9, 40—54.

4.J. Bardin, W. H. Brattain. Phys. Rev., ser. 2, 1949, 75, N 4, 1208—1225.

5.А. Ю. Клейман. Транзистору 20 лет. Μ., «Знание», 1968.

6.Ю. В. Виноградов. Основы электронной и полупроводниковой техники. Μ., «Энергия», 1968.

7.W. L. Shockley. Bell Syst Techn. J., 1949, 28, N 3, 435—485.

8.W. Shockly, Μ. Sparks, G. К. Teal. Phys. Rev., 1951, ser. 2, 83, N 1, 151—162.

9.R. N. Hall, W. C. Dunlap. Phys. Rev., 1950, 80, N 3, 467—468.

10.J. S. Saby. Proc. IRE, 1952, 40, N 11, 1358—1360.

11.W. E. Bradley. Proc. IRE, 1953, 41, N 12, 1702—1706.

12.7. N. Tiley, R. A. Dilliams. Proc. IRE, 1953, 41, N 12, 1706—1708.

283

13.R. L. Petritz. Proc. IRE, 1962, 50, N 5, pt 2, 1025-1038.

14.H. Krömer. Naturwissenschaften, 1953. 40, N 22, 518—579.

15.Ch. Lee. Bell Syst. Techn. J., 1956, 35, N 1, 23—24.

16.Μ. Tanenbaum, D. E. Thomas. Bell Syst. Techn. J., 1956, 35, N 1, 1—22.

17.C. J. Frosh, L. Derick. J. Electrochem. Soc., 1957, 104, N 9, 547—552.

18.B. L. Ryle. Communs ACM, 1961, 4, N 2, 99—101.

19.S. GUI. Computer L, 1958, 1, N 1, 2—10.

20.Ю. С. Голубев-Новожилов. Многомашинные комплексы вычислительных средств. Μ., «Советское радно», 1967.

21.R. R. Everett, С. A. Zraket, H. D. Bennington. Proc. 1957 Eastern Joint Com­ puter Conf. N. Y., IRE, 1958, p. 148-155.

22.F. S. Beckman, F. D. Brooks, W. I. Lowbless. Proc. IRE, 1961, 49, N 1, 53— 66.

23.D. F. Parkhill. The challenge of the computer utility, Reding — Palo Alto — London, Addison — Wesley, 1966.

24.Communs ACM, 1958, 1, N 12, 8—22.

25.Ж. вычислит, матем. и матем. физики, 1961, 1, № 2, 308—342.

26.Алгоритмический язык АЛГОЛ-60. Пересмотренное сообщение. Μ., «Мир», 1965.

27.В. Higtnan. A comparative study of programming languages. London, Mac­ donald, 1967.

28.J. E. Sammet. Computers and Automat., 1967, 16, N 3, 32—34, 38.

29.Μ. H. Ефимова. Алгоритмические языки. Μ., «Советское радио», 1967.

30.W. H. Burkhardt. Datamation, 1966, 12, N И, 31—34, 37, 39.

31.A. Opler. Proc. IEEE, 1966, 54, N 12, 1757—1763.

32.Экономическое положение капиталистических и развивающихся стран. Μ., изд. «Правда», 1969.

33.Computers and Automat., 1967, 16, N 6, 77.

34.Μ. Н. Гончаренко. Кибернетика в военном деле. Μ., изд. ДОСААФ, 1963.

35.А. А. Велостоцкий, ГО. С. Вальденберг, Л. И. Меркурьев. Применение вы­ числительных машин для автоматизации производственных процессов. Μ., «Энергия», 1964.

36.В. И. Грубов, А. Г. Ивахненко, В. ІО. Мандровский-Соколов. Промышлен­ ная кибернетика. Киев, «Паукова думка», 1966.

37.ІО. А. Савинов. Бюлл. иностр, коммерческой информации, 1967, № 97, 6.

38.Electronics, 1966, 39, N 1, 111-116; 1967, 40, N 1, 123-128.

39.Народное хозяйство СССР в 1968 г. Статистический ежегодник. Μ., «Ста­ тистика», 1969.

40.Electronics, 1970, 43, N 1, 111—142.

41.Computers and Automat., 1966, 15, N 2, 56—57.

42.Ю. А. Савинов. Бюлл. иностр, коммерческой информации, 1967, Приложе­ ние № 13, стр. 81—117.

43.Μ. Syoti. Computers and electronic systems. Electronics in Japan today, Tokyo, 1967, p. 161—178.

44.ІО. И. Инъков. Электронная вычислительная техника и капиталистическая экономика. Μ., «Мысль», 1968.

45.В. И. Фролкин. Управленческая техника капиталистических стран. «Меж­ дународные отношения», 1968.

46.Computers and Automat., 1969, 18, N 7, 190—194.

47.Computer Yearbook and Directory. Detroit, Amer. Data Process, 1966, p. 450— 457.

48.A. ∏. Ершов. Вычислительное дело в США. Отчет. Новосибирск, Ин-т ма­ тематики СО АН СССР, 1966.

49.I. Kessler. Computers and Automat., 1961, 10, N 10, 18—88.

50. J. P. Eckert. Proc. 1957. Eastern Joint Computer Conf. N. Y., IRE, 1958,

p. 16—20.

51.Курс программирования для ГАММА-60. Μ., ИЛ, 1962.

52.Предварительное описание вычислительной машины «Атлас» фирмы «Ферранти» и Манчестерского университета, ч. 1, 2. Изд. ИТМ и ВТ АН

СССР, 1962.

284

Глава VIl

ЦВМ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ

ИПОДСИСТЕМАХ

1.Применение интегральной технологии

Внастоящее время период ЦВМ на интегральных схемах про­ должается. Поэтому приводимая ниже характеристика этого пе­

риода не может быть исчерпывающей и охватить все аспекты его развития. Тем не менее рассмотрение основных направлений раз­

вития универсальных электронных ЦВМ во второй половине 60-х

иначале 70-х годов позволяет наметить некоторые перспективы на ближайшие годы.

Технологической основой современных универсальных ЦВМ

является технология изготовления интегральных схем (интеграль­

ная технология). Возникновение интегральной технологии — ло­

гическое следствие тенденции к созданию миниатюрных компо­

нентов, схем и приборов. Огромное влияние на развитие миниа­ тюризации электронной аппаратуры оказали потребности воен­

ной авиации и, особенно, космической техники. В большинстве

случаев первые микроминиатюрные электронные устройства, в

том числе первые микроминиатюрные электронные ЦВМ, разра­

батывались с целью применения в авиации и космической тех­

нике, т. е. в тех условиях, когда габариты, вес и потребляемая мощность аппаратуры строго ограниченны. Однако было бы не­

верным объяснять тенденцию к миппатюризацпи электронных

ЦВМ только потребностями аэрокосмической техники. В основе этой тенденции лежат более глубокие причины, а именпо, конеч­

ная зависимость вычислительных возможностей машин от физи­

ко-технологических особенностей их элементов. Роль физико-тех­ нологического фактора рассматривалась во Введении. Здесь

представляется целесообразным рассмотреть этот вопрос применительно к влиянию интегральной технологии на вычисли­

тельные возможности ЦВМ.

1. Одной из важнейших причин применения интегральной

технологии является то, что она обеспечивает более высокий уро­ вень надежности по сравнению с технологией дискретных полу­ проводниковых элементов. Уровень надежности в конечном счете

определяет количество элементов в современных электронных ЦВМ, а количество элементов, в свою очередь, их вычислитель­

ные возможности. «Именно надежность является тем фактором,

который обеспечивает, с одной стороны, создание все более слож­

ных ЦВМ, обладающих большим быстродействием и объемом

286

памяти, а с другой стороны, возможность применения ЦВМ в

сложных и ответственных управляющих системах, работающих

в масштабе реального времени, в том числе и в аэрокосмических системах» [1, стр. 6].

Принципиально более высокая надежность устройств на ин­

тегральных схемах по сравнению с устройствами на дискретных компонентах обусловлена уменьшением количества паяных, свар­ ных и разъемных межсхемных соединений. Стремление к повы­

шению надежности за счет уменьшения числа соединений яви­ лось одной пз причин перехода к интегральной технологии и

перехода от преимущественного применения гибридных интег­

ральных схем к монолитным полупроводниковым интегральным

схемам.

Интенсивность отказов современных серийных полупроводни­

ковых интегральных схем близка к интенсивности отказов диск­

ретных транзисторов (0,1 % за 1000 час работы) [2] и приблизи­

тельно на порядок величины ниже интенсивности отказов

эквивалентных схем на дискретных компонентах [3]. Из этого

следует, что при одинаковом уровне надежности электронное

устройство на интегральных схемах может выполнять более слож­

ные функции по сравнению с устройством на дискретных тран­

зисторах.

2.Другим важным следствием применения интегральной тех­

нологии является повышение быстродействия ЦВМ за счет уве­ личения плотности упаковки электронных схем и соответственно

уменьшения времени задержки при передаче сигналов по провод­ никам.

3.В целом повышение возможностей ЦВМ как средств обра­ ботки информации тесно связано с расширением области их при­ менения. Здесь важную роль играют такие показатели, как

себестоимость ЦВМ при серийном изготовлении, стоимость

эксплуатации и физические размеры системы. Роль интегральной

технологии заключается здесь в резком уменьшении себестоимо­

сти технологического процесса и в существенном уменьшении

весов, габаритов и потребляемой мощности. Как видно из рисун­

ка, применение интегральной технологии позволяет приблизитель­ но на три порядка величины повысить плотность монтажа

электронных схем (в пересчете на эквивалентное количество дискретных элементов) по сравнению с плотностью монтажа, ти­

пичной для транзисторных схем.

Как отмечалось выше, переход к интегральной технологии

явился логическим следствием предшествовавших работ в обла­

сти миниатюризации ЦВМ. Необходимо отметить, что, несмотря

на большое количество работ, освещающих различные вопросы терминологии и классификации в области микроминиатюриза­

ции (см., например, [4—7]), до сих пор не сложилась единая

точна зрения па данные вопросы. В этой связи представляется целесообразным дать некоторые пояснения классификационно-

287

Плотность монтажа электронных схем для различных методов миниатюризации

терминологического характера применительно к задачам настоя­

щего исследования.

Общая классификация методов миниатюризации электронных ЦВМ представлена на схеме. Два основных направления миниа­ тюризации связаны с миниатюризацией дискретных элементов и технологией интегральных схем. При этом под интегральной схе­

мой понимается «микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные

проводники, входящие в схему узла, изготавливаются в едином технологическом цикле на поверхности (или в объеме) материала основания (подложки) и имеют общую герметизацию и защиту

от механических воздействий» [6, стр. 364]. В основе технологии

современных интегральных схем лежат два метода: пленочная технология и технология формирования электронных компонентов

вобъеме (и па поверхности) полупроводниковой подложки, т. е.

технология изготовления транзисторов, используемая для созда­ ния функциональных схем. Ввиду того что пленочные активные элементы еще ие вышли из стадии экспериментальной разработ­ ки, пленочный метод используется на практике преимущественно

всочетании с другими методами миниатюризации. Пленочная

технология получила в вычислительной технике широкое приме­ нение для создания оперативных запоминающих устройств (тон­ кие магнитные пленки) и для изготовления пассивных элементов

288