2.2. Электронные вычислительные машины

2.2.1. Электронные лампы

Релейные машины обладали малым быстродействием и поэтому не могли стать основой прогресса в деле автоматизации вычислительных работ. Только в связи с переходом на электронные безынерционные элементы, работающие на огромных скоростях, был достигнут совершенно другой уровень быстродействия вычислительных устройств. Электроника дала вычислительной технике качественно отличные от всех ранее известных элементы.

В 1883 г. Томас Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввел в ее вакуумный баллон платиновый электрод и подал на него положительное напряжение. Заметив, что в вакууме между электродом и нитью протекает ток, он не смог найти объяснение столь необычному явлению. Эдисон ограничился тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на выставку в Филадельфию. Первым, кому в голову пришла мысль о практическом использовании «эффекта Эдисона» был английский физик Дж. А. Флеминг (1849-1945). Работая с 1842 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о явлении термоэлектронной эмиссии от самого Эдисона. Свой диод – двухэлектродную лампу Флеминг создал в 1904 г.

В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрел триод – электронную лампу, имевшую третий электрод – сетку. Он сформулировал принцип, на основе которого строились все дальнейшие лампы, - управлять током между анодом и катодом следует с помощью дополнительных электродов.

В 1910 г. немецкие инженеры Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод, сетка которого была выполнена в виде перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона. Для увеличения эмиссионного тока они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция. В 1911 г. американский физик Ч.Д. Кулидж предложил применить для покрытия вольфрамовой нити накала окись тория – оксидный катод. В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу – кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать генераторные лампы с водяным охлаждением.

Идея лампы с двумя сетками – тетрода была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г. американцем Э.У. Халлом, а реализована англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х годов. В 1929 г. голландские ученые Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3 сетками – пентод. В 1932 г. появился гептод, в 1933 – гексод и пентагрид, в 1935 г. – лампы в металлических корпусах.

Дальнейшее развитие электронных ламп, улучшение их характеристик и функциональных возможностей привело к созданию на их основе совершенно новых электронных приборов.

Так, еще в 1913 г. русским ученым М. А. Бонч-Бруевичем была сконструирована электронная управляющая схема с двумя устойчивыми состояниями, названная триггером.

Триггер по принципу действия можно сравнить с обычным двухпозиционным выключателем, с которым мы ежедневно сталкиваемся при пользовании электроприборами, с той лишь разницей, что управляется он не вручную, а электрическим сигналом, поступающим на его вход. Но это только принцип действия триггера. На самом же деле триггер представляет собой двухламповый симметричный усилитель с так называемой положительной обратной связью. В триггере обе лампы (под лампой здесь понимается электронная вакуумная лампа—триод) соединены таким образом: если левая открыта, то правая обязательно закрыта, и наоборот. Такое состояние ламп обеспечивается подачей напряжения с анода одной лампы на сетку другой. Так, например, если правая лампа открыта, т. е. через нее течет ток и происходит падение напряжения на аноде, то ее низкое анодное напряжение подается на сетку левой лампы и держит последнюю закрытой. Это первое устойчивое состояние триггера. Если же. подать на сетку правой лампы отрицательный импульс, то лампа закроется и напряжение на ее аноде возрастет. Возросшее анодное напряжение правой лампы будет подано на сетку левой лампы, откроет последнюю, и триггер перейдет во второе устойчивое состояние. Состояние триггера запоминается па сколь угодно долгое время до прихода нового импульса, попадающего на сетку одной из ламп.

Создание триггера, который из-за своих свойств по праву носит название электронного реле, сделало реальным конструирование в середине 40-х годов быстродействующих вычислительных машин. Вычислительные машины, построенные на электронных триггерных схемах, открыли новое направление в вычислительной технике, их стали называть электронными вычислительными машинами (ЭВМ).