IstoriarazvitiaIBM

раньше был прерван выпуск ЭВМ Казанским заводом ЭВМ и Пензенским заводом ВЭМ, а следовательно, и выпуск всех периферийных устройств, накопителей, блоков и узлов для комплектации ЭВМ ЕС, производимых 14 заводами. Некогда мощная отрасль промышленности, годовой объем продукции которой составлял более 2 млрд руб., прекратила свое существование.

В табл. 2 приводятся итоговые цифры выпуска машин ЕС ЭВМ за время реализации этой программы. Для сравнения напомним, что ЭВМ «Урал-1» было выпущено всего 183, «Урал-2», «Урал-3», «Урал-4» – 191, «Урал-11», «Урал-14», «Урал-16» – 323. ЭВМ типа «М-220» и «М-222» выпущено 502 шт., «БЭСМ-3» и «БЭСМ-4» – 441, «БЭСМ-6» – 454. Самых массовых ЭВМ второго поколения: ЭВМ типа «Минск-2/22», «Минск-23», «Минск-32» – выпущено 3906 шт.

141

4.5.2. Семейство малых ЭВМ – СМ ЭВМ

Разработчикам ЭВМ удалось доказать, что потребности страны в вычислительной технике невозможно покрыть машинами ЕС ЭВМ и что малые управляющие ЭВМ действительно необходимы. Эти машины можно было бы использовать для следующих случаев:

1)автоматизации производственного контроля изделий;

2)обработки данных при экспериментах;

3)приема и обработки данных с линий связи;

4)управления технологическими процессами;

5)управления станками и разнообразными цифровыми терминалами;

6)малых расчетных инженерных задач и т.д.

Для этих применений ЭВМ общего назначения слишком велики и дороги.

Развитие технологии интегральных схем позволило создать новые машины. Уменьшение объема аппаратуры и стоимости машин достигнуто за счет:

короткого машинного слова (16 разрядов вместо 32–64 в машинах общего назначения);

уменьшения (по сравнению с ЭВМ общего назначения) количества типов обрабатываемых данных;

ограниченного набора команд;

сравнительно небольшой емкости оперативной памяти;

небольшого набора периферийных устройств.

Подобные машины за свои небольшие размеры получили название малых или мини-ЭВМ. Мини-ЭВМ имеют сравнительно высокое быстродействие – 400–800 тыс. операций в секунду.

В 1974 г. была принята международная программа по разработке еще одного семейства – семейства малых ЭВМ – СМ ЭВМ. СМ ЭВМ были предназначены для управления производством и технологическими процессами, а также автоматизации научных экспериментов. К разработке были привлечены страны, участвовавшие в создании ЕС ЭВМ, – Болгария, Венгрия, ГДР, Куба, Польша, Румыния и Чехословакия.

142

Основными характеристиками новых вычислительных машин должны были стать совместимость с программным обеспечением всех предыдущих моделей отечественных ЭВМ, возможность сопряжения с ЭС ЭВМ и унификация интерфейсов для подключения внешнего оборудования.

Первыми машинами серии стали «СМ-1», «СМ-2» и «СМ-1210». Это были 16-битные управляющие вычислительные комплексы (УВК), построенные по модульному принципу. Это позволяло компоновать системы в соответствии с конкретными требованиями к функциональности. В составе программного обеспечения было несколько видов операционных систем, в том числе многозадачных, и компиляторы языков Фортран-II и IV, Алгол-60, Бейсик. Было произведено около 17 тыс. этих машин. Наиболее широко они использовались в системах энергетического и военного назначения. Например, на космодроме Байконур было установлено более 100 таких комплексов.

Основная модель, эксплуатировавшаяся долгие годы, – «СМ-4». «СМ-4» – 16-разрядная ЭВМ производительностью до 800 тыс. операций в секунду. Выпускалась с 1979 г. в СССР, Болгарии, Венгрии.

Следующим стало семейство, совместимое по набору команд и по программному обеспечению с компьютерами PDP-11, но не являющееся их копией и построенное по уникальной архитектуре. Его представителями были 16-разрядные мини-ЭВМ «СМ-3» (1978), «СМ-4» (1979), «СМ-1300» (1979), «СМ-1410» (1980), «СМ-1600» (1982, двухпроцессорный), «СМ-1420» (1983) и «СМ-1425» (1989). Среди программ для новых компьютеров были UNIX-подобная операционная система ИНМОС, реляцион-

143

ная СУБД, пакеты для обработки графической информации. В 1981 г. за разработку и организацию серийного выпуска «СМ-3» и «СМ-4» группа ведущих специалистов была отмечена Государственной премией СССР в области науки и техники.

В 1987 г. было начато серийное производство 32-битных машин «СМ-1700», программно совместимых с предыдущими моделями и с американскими компьютерами VAX-11 фирмы DEC. Для этого компьютера существовали: операционная система МОС ВП, поддерживающая виртуальную память; пакеты прикладных программ, в том числе для машинной графики (2D и 3D); сетевые программы для локальных и региональных сетей ЭВМ. Всего было произведено 3000 таких машин.

4.5.3.Характерные черты ЭВМ третьего поколения

УЭВМ третьего поколения выделяются следующие особенности:

1.Элементная база: интегральные схемы малой (10–100 компонентов на кристалле) и средней (100–1000 компонентов на кристалле) степени интеграции. Интегральные схемы вставляются в специальные гнезда на печатной плате.

2.Быстродействие: от сотен тысяч до миллионов операций

всекунду.

3.Объем оперативной памяти – от 16 до 8192 Кб.

4.Габариты: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста. Для размещения также требуется специально оборудованный машинный зал. А малые ЭВМ – это в основном две стойки приблизительно в полтора человеческих роста и дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении.

5.Программное обеспечение: шесть базовых языков – Фор- тран-4, Алгол-60, Кобол-65, ПЛ-1, РПГ, Ассемблер. Вместе с машинами с 1973 г. поставлялись операционная система ОС ЕС, обеспечивавшая мультипрограммный режим с фиксированным (до 15) числом задач – MFT, а вскоре и переменным числом задач (MVT).

6.Возможность параллельной работы устройств и, как следствие, возможность работы нескольких пользователей в режиме разделения времени. Во многих вычислительных центрах

144

появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.

7.Эксплуатация: более оперативно производится ремонт стандартных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Незаменимую роль играет системный программист.

8.Новые устройства внешней памяти: с увеличенной емкостью и скоростью передачи данных. Первые устройства внешней памяти на магнитных дисках появились в начале 1960-х гг., после того как в 1956 г. фирма IBM разработала плавающие магнитные головки на магнитной подушке. Емкость магнитных дисков стала на порядок больше, чем емкость магнитных барабанов, применявшихся ранее.

9.Устройства ввода: графические оптические читающие устройства.

10.Изменения в структуре ЭВМ: наряду с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей – конструктивно

ифункционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магистральностью понимается способ связи между модулями компьютера, т.е. все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.

11.Резкое снижение цен на аппаратное обеспечение: этого удалось добиться главным образом за счет использования интегральных схем.

Краткие итоги

Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы – микросхемы.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ.

145

Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения – семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Контрольные вопросы

1.Что является элементной базой ЭВМ третьего поколения?

2.С появлением каких вычислительных машин началось третье поколение ЭВМ?

3.Какая ЭВМ управляла совместным советско-американ- ским космическим полетом «Союз – Аполлон» в 1975 г.?

4.Какие семейства ЭВМ появились в третьем поколении?

5.В чем заключается принцип модульности при построении компьютера?

6.В чем заключается принцип магистральности при построении компьютера?

4.6. Четвертое поколение ЭВМ

Этот период оказался самым длительным – с конца 70-х гг. ХХ в. по настоящее время.

Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем. В 1971 г. компания Intel выпустила важное для развития вычислительной техники устройство – микропроцессор Intel-4004 (рис. 107).

На одном кристалле удалось

Рис. 107. Первый микропроцессор сформировать минимальный по

Intel-4004 составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов. Первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стан-

146

дартом микрокомпьютерной технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых персональных компьютеров.

В 1979 г. был выпущен универсальный 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 с 70 тыс. элементов, а в 1981 г. – первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тысячами элементами. Для сравнения: СБИС микропроцессора Pentium IV включает в себя 7,5 млн транзисторов.

Микропроцессор – это интегральная микросхема, на которой размещено обрабатывающее устройство с собственной системой команд. Использование микропроцессоров значительно упростило конструкцию вычислительных машин.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники – создание и применение персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Постепенно термин «ЭВМ» был вытеснен словом «компьютер», а вычислительная техника стала называться компьютерной.

Компьютеры по своим характеристикам становятся такими разнообразными, что их начинают классифицировать по размерам и функциональным возможностям, по назначению, по совместимости и другим критериям. Любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности мини-ЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого.

Ниже приведена классификация компьютеров четвертого поколения, которую используют ведущие производители компьютеров:

суперкомпьютеры;

большие ЭВМ (мэйнфреймы);

серверы;

мини-ЭВМ;

микроЭВМ, персональные компьютеры.

4.6.1.Суперкомпьютеры

Кклассу суперкомпьютеров относят компьютеры, которые имеют максимальную на время их выпуска производительность. Критерий мощности суперкомпьютера на настоящее время установили в США, наложив ограничения на экспорт за границу вычислительных средств, с помощью которых можно проводить численное моделирование ядерных реакций.

147

4.6.1.1. Первые суперкомпьютеры

Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения. Они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Это LARC фирмы «UNIVAC», Stretch фирмы «IBM», «CDC-6600» (семейство CYBER), фирмы «Control Data Corporation» и серия ЭВМ «Эльбрус», разработанная в СССР.

Суперкомпьютер «ILLIAC-4» имел производительность

20MFLOPS.

1MFLOPS (Мфлоп/с) – это миллион операций с плавающей точкой в секунду; от англ. аббревиатуры MFLOP/S – million of floating point operations per second).

Вприложении А приведены приставки, использующиеся для обозначения дольных единиц, применяемых в информатике.

Начиная с 1975 г. фирмой Сrау Research стали выпускаться суперкомпьютеры «Сrау». «Сrау-1» (рис. 108)

148

Серия ЭВМ «Эльбрус»

«Эльбрус» – серия советских суперкомпьютеров, разработанных в 1970–1990-х гг. В 1977 г. завершилось создание многопроцессорного вычислительного комплекса (МВК) «Эльбрус-1», а в 1979-м начались работы над проектом МВК «Эльбрус-2».

«Эльбрусы» создавались для обслуживания комплексов противоракетной обороны. Основным требованием было создание вычислительного комплекса с быстродействием 100 млн операций в секунду. Было очевидно, что при существующем уровне элементной базы достичь такого быстродействия на одном процессоре абсолютно невозможно. И разработчики делают ставку на многопроцессорность.

Целый ряд западных фирм-разработчиков в своем стремлении реализовать многопроцессорность для высокой производительности терпели неудачу: увеличение числа процессоров провоцировало спад производительности. Поэтому делались машины на двух-трех процессорах и преимущественно для того, чтобы обеспечить работу вычислительной системы без сбоев. Создатели «Эльбрусов» впервые в мире показали, что восемь процессоров могут работать с потерей производительности в 3–4 %. Всего же и «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2» могли включать до десяти центральных процессоров плюс несколько модулей ввода/вывода и более десятка спецпроцессоров передачи данных для сопряжения с линиями связи.

«Эльбрус-1» (рис. 110) имел быстродействие до 15 млн операций в секунду, а объем оперативной памяти до 64 Мб. Пропускная способность каналов вводавывода достигала 120 Мб/с. Элементная база – микросхемы средней степени интеграции.

149

генерация более одной команды за такт;

очень интересная возможность – защищенное программирование. Каждое слово в «Эльбрусе» имело дополнительный разряд – тег, описывающий тип данных. Механизм тегов гарантировал, что за правильностью операций будет следить сама машина. Такой динамический контроль во время счета позволял обнаруживать множество самых коварных ошибок в момент их возникновения, тем самым значительно ускоряя процесс отладки программ.

Большинство из этих свойств будут реализованы в западных компьютерах значительно позже.

Сильная архитектура позволила не только достичь предельной производительности, но и добиться высокого уровня надежности на не самой надежной элементной базе. Каждый компонент комплекса полностью контролировался аппаратурой, которая в случае любой одиночной ошибки выдавала сигнал неисправности. По этому сигналу операционная система через аппаратно реализованную систему реконфигурации исключала неисправный модуль из работы. Не позже чем через сотую долю секунды подключался резервный модуль, а неисправный переходил в ремонтную конфигурацию, восстанавливался и возвращался в рабочее состояние.

«Эльбрус-1» и «Эльбрус-2» были идентичны по архитектуре, но второе поколение строилось на более совершенной элементной базе – больших интегральных схемах.

некоторые из них использовались в противоракетной обороне (ПРО) Москвы.

150