2.2.2. Эвм первого поколения

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Calculator), которая была разработана американскими учеными Дж. Моучли и Д. Эккертом. Работа над машиной началась в середине 1943 г. и была закончена в 1945 г. Она предназначалась для военных целей: для расчета траекторий полетов снарядов.

Машина ЭНИАК представляла собой сложнейшее для середины XX в. инженерное сооружение длиной более 30 м, содержащее примерно 18 тысяч электронных ламп и полторы тысячи реле. Она потребляла мощность около 150 киловатт, достаточную для освещения целого рабочего поселка. Использование электронных ламп вместо механических и электромеханических элементов позволило резко увеличить скорость выполнения машинных операций. Так, ЭНИАК тратил на умножение всего 0,0028 секунды.

Ввод чисел в машину производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, как и в счетно-аналитических машинах, с помощью штекерно-коммутационного способа. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, т.е. для соединения отдельных блоков машины на коммутационной доске, но зато позволял реализовать высокие способности ЭНИАКа.

Противоречие между ручным набором программ путем коммутаций и скоростью работы электронных узлов машины, большая потребляемая мощность, значительные габариты — вот очевидные недостатки первенца ЭВМ. Но важный шаг был сделан: доказана на практике возможность создания работоспособной электронной цифровой вычислительной машины.

ЭНИАК стала первым представителем первого поколения ЭВМ. Любая классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем, что различать поколения следует по элементной базе. Таким образом, к первому поколению следует отнести ламповые машины.

Большой вклад в развитие электронно-вычислительной техники внес один из крупнейших американских математиков Джон фон Нейман. В 1946 г. была опубликована весьма важная для дальнейшего развития вычислительной техники статья Дж. фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства». В этой статье были высказаны два основных принципа, получивших практическое применение во всех современных электронных вычислительных машинах: переход к двоичной системе счисления для представления чисел и использование хранимой программы. Хранимая в памяти программа позволяла преодолеть важнейший недостаток ЭНИАКа — затраты времени на набор и подготовку программы на коммутационной доске. Программу, как и исходные числа, предлагалось хранить в памяти машины. Отдельные команды вызывались из памяти устройством управления, расшифровывались и использовались для извлечения чисел из памяти, выполнения требуемых операций и отсылки результатов в память. Статья также содержала ряд других важных рекомендаций по конструированию машин и методике программирования:

• трудности реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);

• арифметическое устройство (процессор) должно конструироваться на основе схем, выполняющих операцию сложения, создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;

• в машине должен использоваться параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами выполняются по всем разрядам одновременно).

Вскоре идеи Неймана нашли практическое воплощение. Уже в 1949 г. под руководством профессора М. В. Уилкса в Кембриджском университете была построена английская машина ЭДСАК, которая оказалась первой электронной вычислительной машиной с хранимой программой и промежуточной внутренней памятью. Скорость выполнения арифметических операций составляла: для сложения — 0,07 миллисекунды, умножения — 8,5 миллисекунды. Ввод данных в машину производился с помощью перфоленты, вывод — с помощью пишущей машинки. Годом позже было завершено создание американской машины ЭДВАК.

Вслед за ЭДСАК и ЭДВАК в первой половине 50-х годов появляется множество других ламповых машин. В США Гарвардская вычислительная лаборатория в марте 1950 г. закончила работу над ЭВМ «Марк-3». Главной особенностью этой машины было применение магнитных барабанов и лент в качестве носителей информации. Под руководством Моучли и Эккерта были сконструированы машины БИНАК и ЮНИВАК (1951). ЮНИВАК был первой серийной машиной, способной обрабатывать как чисто числовую, так и алфавитную информацию. Кроме того, это была первая ЭВМ, созданная не по специальному заказу, а для свободной продажи. Она работала с тактовой частотой 2,25 Мгерц и содержала около 5000 электронных ламп.

В начале 50-х годов к работам над вычислительными машинами приступило Национальное бюро стандартов США. Результатом этих работ явились машины СЕАК, ДИСЕАК, а затем СВАК. Особенность их заключалась в использовании динамических переключательных элементов.

Под руководством Неймана в США были созданы такие машины, как ИАС и ДЖОНИАК. Эти машины отличались тем, что имели память на электронно-лучевой трубке специальной конструкции, допускавшей очень быструю запись и считывание двоичной информации.

Первая в Европе малая электронно-счетная машина МЭСМ была разработана у нас в стране в 1951 г. коллективом ученых Института математики АН УССР под руководством академика С. А. Лебедева. Она занимала площадь около 50 кв.м, содержала около 6000 электронных ламп, выполняла 50 операций в сек, имела оперативную память емкостью на 31 число и 63 команды и долговременную память емкостью на 5000 чисел на магнитном барабане, потребляла мощность, равную 25 Кватт. Структура этой машины положена в основу созданной в 1952 г. быстродействующей электронной счетной машины (БЭСМ), которая была в то время самой быстродействующей машиной в мире (8 тысяч операций в сек).

В 1953 г. начала работать ЭВМ «Стрела» - первая в Европе серийная машина высокого класса. В 50-х годах появились отечественные ЭВМ «Урал», М-2, М-3, БЭСМ-2, «Минск-1», воплощавшие в себе все более прогрессивные решения.

Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина.

ЭВМ первого поколения довольно быстро сошли со сцены, так как не нашли широкого применения из-за низкой надежности, высокой стоимости и трудностей при программировании.