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

микросхем. Наряду с этим ведутся работы в области пленочных

активных элементов и криогенных пленочных устройств. Пунктирной линией на схеме показаны два, получивших наи­

более широкое применение в вычислительной технике, типа

интегральных схем: гибридные и полупроводниковые. Как видно

из схемы, для создания гибридных интегральных схем исполь­

зуются методы, характерные как для интегральной технологии,

так и для технологии дискретных электронных элементов. Исклю­ чительно методами интегральной технологии выполняются полу­

проводниковые интегральные схемы, отличительной особенностью

которых является наличие активной подложки, представляющей

собой пластину полупроводникового материала (обычно крем­

ния), отдельные области которой выполняют функции диодов и

транзисторов. Пассивные компоненты таких схем могут быть выполнены методами пленочной технологии (совмещенные схе­

определения, содержащиеся в работе [6], является ограничение

понятия «гибридная интегральная схема» только комбинацией

методов интегральной технологии и технологии миниатюризации

дискретных элементов. В ряде зарубежных классификаций [4, 7]

гибридная интегральная схема рассматривается (с технологиче­

ской точки зрения) как любое сочетание современных методов микроминиатюризации, что, на наш взгляд, представляет опреде­ ленные трудности с классификационной точки зрения и не отра­ жает специфики исторического развития микроминиатюризации.

ЦВМ ЦВМ ЦВМ

Развитие миниатюризации происходило в каждом из периодов эволюции электронных ЦВМ (см. схему). При этом в первую очередь объектом миниатюризации являлись ЦВМ, ориентирован­ ные на применение в бортовых системах управления самолетов,

ракет, спутников и космических кораблей. При разработке ЦВМ

аэрокосмического назначения использовались новейшие техноло­

гические достижения, большинство которых через несколько лет

находило широкое применение в универсальных ЦВМ граждан­

290

Миниатюризация электронных схем

а — схема на лампах; б — схема на транзисторах; в — интегральная схема

изготовления кремниевых транзисторов (см. разд. 1 гл. 6). В США

и Великобритании первые кремниевые интегральные схемы были разработаны в 1957—1958 гг. В 1957 г. английская фирма «Плесси», проводившая исследования по контракту с Институтом радиолокации в Малверне, разработала триггерную схему, вы­

полненную на кремниевом кристалле размером 6,3 × 6,3 × 3,15 мм.

Результаты исследований были доложены Даммером на Между­

народном симпозиуме по электронным компонентам в октябре 1957 г. [9]. В США первая полупроводниковая интегральная схе­ ма была разработана Дж. Килби (фирма «Тексас Инструменте»)

летом 1958 г. [2]. Серийный выпуск полупроводниковых интег­ ральных схем был налажен в США в 1961 г. (серия «Микролоджик» фирмы «Фэрчайлд» и серия 51 фирмы «Тексас Инстру­

менте»), Первая экспериментальная ЦВМ на интегральных схемах бы­

ла создана фирмой «Тексас Инструменте» по контракту с BjBC

США. Разработка машины длилась девять месяцев и была завер-

292

В 1962 г. в США были разработаны первые серийные борто­ вые ЦВМ на полупроводниковых интегральных схемах («Пико» фирмы «Ханиуэлл», «Маджик» фирмы «Дженерал Моторе», Л-90

обращено на миниатюризацию оперативных ЗУ, где были исполь­

зованы преимущественно новые магнитные элементы, разработка которых была начата во второй половине 50-х годов. Так, ЗУ ма­ шины «Пико» было выполнено на биаксах, ЗУ машины «Мад­ жик» — на трасфлюксорах, ЗУ машины «Микротроник» — на

плоских магнитных пленках. В машине Л-90 были применены стеклянные ультразвуковые линии задержки [ 1 ].

В числе первых серийных бортовых ЦВМ на интегральных

схемах было разработано несколько моделей со сравнительно вы­

сокими вычислительными возможностями. В качестве примера

приведем некоторые данные о машине УНИВАК-1824, явившейся

усовершенствованным вариантом машины «Микротроник» и раз­ работанной фирмой «Сперри Рэнд» в 1963 г. [10, 11].

Технические характеристики машины УНИВАК-1824 являют­

ся типичной иллюстрацией возможностей, достигнутых за счет

перехода от технологии дискретных элементов к интегральной тех­ нологии. Машина, состоящая из центрального вычислителя, запо­ минающего устройства, устройства питания и устройства ввода-

вывода, занимает объем 4,1 дм3 (15,2 × 15,2 × 17,8 см ), весит около 7 кг и потребляет мощность 53 вт. При этом не требуется

какой-либо системы охлаждения или вентиляции. Особенно высо­ кая степень миниатюризации достигнута при проектировании

центрального вычислителя (6,35 × 6,35 × 3,8 см), состоящего из

арифметического устройства параллельного действия и устрой­ ства управления и выполненного на кремниевых интегральных схемах.

293

Машина УНИВАК-1824

Всего в устройствах машины (в том числе в схемах управления

памятью) используются 1243 интегральные схемы, эквивалентные

18 тыс. дискретных активных и пассивных компонентов. В качестве

носителя информации в ЗУ применяются тонкие магнитные плен­

ки, полученные испарением в вакууме на стеклянную подложку (плотность записи 35 дв. ед./см2). Основное ЗУ изготовлено на

двухпленочных элементах типа бикор, работающих в режиме счи­

тывания без разрушения информации; оперативное ЗУ выполне­

но на однопленочных элементах с разрушающим считыванием.

Типовой блок ЗУ, включающий основную память емкостью 4096

слов по 24 двоичных разряда и оперативную память емкостью 512—1024 слова, занимает объем 10,2 X 10,2 X 10,2 см и потреб­ ляет мощность 1 вт. Модульная конструкция ЗУ позволяет увели­ чить емкость основной памяти до 14 336 слов.

Длина машинных команд, имеющих одноадресную структуру,

составляет 16 двоичных разрядов. Система команд включает 41

операцию, в том числе операции над числами стандартной длины

(24 двоичных разряда) и удвоенной длины (48 разрядов), представ­

ленными в форме с фиксированной запятой. Время выполнения операции сложения 8 мксек, операции умножения 36 мксек. По­

вышению производительности машины способствует развитая система ввода-вывода (до 156 каналов), ориентированная на при­

менение машины в бортовых аэрокосмических системах управле­ ния. Использование интегральной технологии обеспечило высокий

уровень надежности (около 20 тыс. час безотказной работы).

294

Разработка в США в первой половине 60-х годов микроми­

ниатюрных аэрокосмических ЦВМ выявила такие существенные преимущества применения интегральных схем, как повышение

надежности аппаратуры, уменьшение потребляемой мощности,

снижение весов и габаритов. Решающим фактором, обусловившим

последующее применение микроминиатюрных элементов в уни­

версальных ЦВМ гражданского назначения, явилось системати­ ческое снижение стоимости интегральных схем, обусловленное

принципиально более высоким уровнем их технологичности (по

сравнению со схемами на дискретных компонентах) и развитием

серийного производства.

Как отмечается в работе [12], одна из первых интегральных схем, изготовленная в США в марте 1960 г., стоила 450 долл.

В 1963 г. средняя стоимость интегральной схемы в США составляла

23,6 долл, (в стране было выпущено 915 тыс. интегральных схем суммарной стоимостью 21,4 млн. долл.) и приблизилась к уровню стоимости эквивалентных схем на миниатюрных компонентах.

В 1964 г. стоимость цифровых схем, ориентированных на примене­ ние в аппаратуре гражданского назначения и выполненных на

дискретных компонентах, уже превышала стоимость эквивалент­

ных интегральных схем [12]. И уже в том же 1964 г. ведущие фирмы США объявили о выпуоке первых серийных универсаль­

ных ЦВМ гражданского назначения на интегральных схемах.

В апреле 1964 г. фирма «ИВМ» объявила о выпуске серии ма­

шин ИБМ-360, выполненных па гибридных интегральных схемах

[13—15]. Разработка ЦВМ данной серии оказала значительное

влияние на развитие вычислительной техники во второй половине

60-годов. Роль ЦВМ серии ИБМ-360 в эволюции универсальных

ЦВМ определяется преимущественно двумя обстоятельствами:

1.Серия универсальных ЦВ|М коммерческого типа была выполнен4 на микроэлектронных схемах, причем машины имели

ие только более высокие технические характеристики, но и мень­ шую себестоимость по сравнению с ранее выпущенными универ­ сальными ЦВМ на дискретных компонентах.

2.Было создано семейство совместимых ЦВМ с широким

диапазоном производительности. Модульная структура и разнооб­

разный ассортимент внешних устройств позволили в значитель­ ных масштабах варьировать набор аппаратуры, входящей в состав конкретной модели. Таким образом удовлетворялись различные

запросы потребителей, обусловленные спецификой предполагае­ мой области применения, классом решаемых задач и т. д.

Серия ЦВМ ИБМ-360 была разработана по рекомендации спе­

циального комитета, созданного в октябре 1961 г. для определения

технической политики фирмы. В январе 1962 г. комитет предста­ вил доклад, в котором сохранение лидирующего положения фир­ мы «ИБМ» в производстве универсальных ЦВМ связывалось с

необходимостью разработки серии совместимых ЦВМ различного

назначения и мощности, выполненных на микроэлектронных схе-

295

297

лее мощных моделей 35, 45 и 55, выполненных па монолитных интегральных схемах, была начата во второй половине 1966 г.

В1966 г. большинство новых моделей универсальных ЦВМ,

выпущенных в США, было изготовлено на основе интегральной технологии. Таким образом, в соответствии с критерием выпуска новых серийных моделей 1966 г. явился для США первым годом

нового периода — периода ЦВМ третьего поколения.

Как отмечалось в предыдущей главе, значительное большин­ ство универсальных ЦВМ, выпускаемых за рубежом, изготавли­

вается фирмами США и их западноевропейскими филиалами.

Переход фирм США к преимущественному выпуску ЦВМ на ин­

тегральных схемах оказал существенное влияние на формирова­

ние парка ЦВМ в капиталистических странах. Как видно из

табл. 14 [22], по состоянию на май 1966 г. большая часть заказов на универсальные ЦВМ в западноевропейских странах приходи­

лась на машины, выполненные на интегральных схемах.

В1966—1967 гг. серии универсальных ЦВМ на интегральных схемах были выпущены фирмами Великобритании, ФРГ и Япо­ нии. В 1966 г. были введены в эксплуатацию первые машины се-

Таблица 14

Изменения в портфеле заказов на универсальные электронные ЦВМ в западноевропейских странах (шт.)

298

Машина «Систем-4» (модель 75)

рии 4004, разработанной западногерманской фирмой «Сименс», и серии ХИТАК-8000, разработанной японской фирмой «Хитачи». Серия 4004 полностью копировала серию «Спектра-70», а машины серии XHTAK являлись модификацией соответствующих моделей

данной серии. Наряду с фирмой «Хитачи» в 1966—1967 гг. к пре­

имущественному применению интегральных схем в новых сериях

машин перешли другие крупнейшие японские фирмы-производи­

тели универсальных ЦВМ («Ниппон Электрик», «Фудзицу», «То-

сиба», «Мицубиси» и «Оки Электрик») [23]. В 1967 г. были вве­ дены в эксплуатацию первые машины серин «Систем-4», разрабо­ танные английской фирмой «Инглиш Электрик» [24].

∕~ В СССР цервой серийной ЦВМ на интегральных схемах яви­

лась' малая машина «Наири-З», разработанная в Ереванском научно-исследовательском институте математических машин груп­

пой инженеров под руководством Γ.. Е. Овсепяна. Первый экзем­ пляр машины был изготовлен в 1970 г. В том же году было нача­ то серийное производство «Наири-З».

Во второй половине 60-х годов СССР совместно с другими

странами СЭВ начал разработку семейства универсальных ЦВМ,

близких по своим характеристикам, технологии и структуре

299