было полностью отменено использование перфокарточной технологии.
На основе развития работ Г. Холлерита в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов, из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирм IBM, Ремингтон и Бюль.
Используемая вначале для статистической обработки перфорационная техника в последующем начинает широко применяться для механизации бухучета и экономических задач, а также в ряде случаев и для расчетов научно-технического характера, в первую очередь для астрономических расчетов. В СССР первое применение перфорационной техники для астрономических расчетов относится к началу 30-х гг., а в 1938 г. для математических исследований в АН СССР
создается самостоятельная машинно-счетная станция.
Заключительный период (40-е гг. ХХ в.) электромеханического этапа развития ВТ характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее крупные проекты данного периода были выполнены в Германии (К. Цузе) и США (Д. Атанасов, Г. Айкен и Д. Стиблиц). Данные проекты можно рассматривать в качестве прямых предшественников универсальных ЭВМ.
Конрад Цузе (K. Zuse) явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве (ЗУ). Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэбиджа: в ней не предусматривалась условная передача управления.
Следующая модель Z-2 не была завершена из-за призыва Цузе в армию, из которой он был демобилизован в связи с заинтересованностью в его работах военного ведомства Германии. При финансовой поддержке военного ведомства Цузе в 1939–1941 гг. создает модель Z-3, явившуюся первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной.
После завершения в 1941 г. машины Z-3 К. Цузе до конца войны интенсивно занимался вопросами ВТ.
26
После войны направление работ К. Цузе было в основном связано с теоретическими исследованиями по вопросам программирования и архитектуры ВТ. Здесь им был высказан целый ряд весьма прогрессивных для своего времени идей, например о клеточных вычислительных структурах, структуре команд ЭВМ, параллельном программировании и др.
В1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, предназначенной для решения ряда задач математической физики. Им были разработаны и запатентованы первые электронные схемы узлов ЭВМ, а совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC, которая оказала влияние на Д. Моучли из Муровской технической школы. Ряд его идей существенно ускорил создание пер-
вой ЭВМ ENIAC в 1945 г.
В1944 г. в США была создана автоматическая управляемая вычислительная машина Г. Айкена MARK-1. И до знакомства с работами Цузе научная общественность считала ее первой электромеханической машиной для решения сложных математических задач.
Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать построенную в 1957 г. в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1, эксплуатировавшуюся до конца 1964 г. в основном для решения экономических задач.
Всилу физико-технической природы релейная ВТ не позволяла существенно повысить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безынерционные элементы высокого быстродействия.
К началу 40-х гг. ХХ в. электроника уже располагала необходимым набором таких элементов. С изобретением М. Бонч-Бруевичем в 1913 г. триггера (электронное реле – двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью, в качестве базовой компоненты использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 г.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной ВТ.
Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ознаменовали собой новое направление в ВТ, интенсивно развиваемое и в настоящее время.
Первой ЭВМ можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 г. при участии А. Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием, однако была узкоспециализированной, предназначенной для дешифровки.
27
Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданную в США в конце 1945 г.
Первоначально предназначенная для решения задач баллистики машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом проекта являлся Д. Моучли, а главным конструктором – Д. Эккерт. Позднее их авторство электронной технологии для проектирования ЭВМ было оспорено. В 1973 г. федеральный суд США постановил, что Моучли и Эккерт не создали ЭВМ, а заимствовали идею у Дж. Атанасова, хотя последний и не построил действующей модели своего компьютера.
Проект создания ENIAC, начатый в апреле 1943 г., был полностью завершен в декабре 1945 г. В качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности создания водородной бомбы. Машина успешно выдержала испытания, обработав около 1 млн перфокарт фирмы IBM с исходными данными.
Еще до начала эксплуатации ENIAC Моучли и Эккерт по заказу военного ведомства США приступили к разработке нового компью-
тера EDAVC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), кото-
рый был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная как для данных, так и для программы.
Такой подход (хранимые в памяти программы) устранял основной недостаток ENIAC – необходимость перекоммутации многих узлов машины, что при сложных программах требовало до двух дней. Данное обстоятельство не позволяло считать ENIAC полностью автоматической ЭВМ.
В EDAVC программа электронным методом записывалась в специальную память на ртутных трубках (линиях задержки), а вычисления производились уже в двоичной системе счисления, что позволило существенно уменьшить количество ламп и других элементов электронных цепей машины.
Полностью завершенная в 1952 г. ЭВМ содержала более 3500 ламп19 различныхтиповиоколо27 000 другихэлектронныхэлементов.
В конце 1944 г. к проекту в качестве научного консультанта был подключен 41-летний Джон фон Нейман, к тому времени уже имевший большой авторитет в научном мире как математик, внесший значительный вклад в квантовую механику и создавший математическую теорию игр. Интерес Дж. фон Неймана к компьютерам частично связан с его непосредственным участием в Манхэттенском проекте по
28
созданию атомной бомбы, где он математически обосновал осуществимость взрывного способа детонации атомного заряда критической массы, а также с работой по созданию водородной бомбы, требующей весьма сложных расчетов. Творчески обобщив материалы проекта, фон Нейман в июне 1945 г. подготовил итоговый 101-страничный научный отчет, который содержал описание как самой машины, так и ее логических возможностей. Более того, фон Нейман в докладе на основе анализа проектных решений, а также идей А. Тьюринга по созданию формального универсального вычислителя (впоследствии названного машиной Тьюринга) впервые представил логическую организацию компьютера безотносительно к его элементной базе, что позволило заложить основы проектирования ЭВМ.
В докладе выделено и детально описано пять базовых компонентов универсального компьютера и рассмотрен принцип его функционирования – архитектура фон Неймана: центральное арифметикологическое устройство (АЛУ); центральное устройство управления (УУ), ответственное за функционирование всех основных компонентов компьютера; запоминающее устройство (ЗУ); система ввода и вывода информации.
Была обоснована необходимость использования двоичной системы счисления, электронной технологии и последовательного порядка выполнения операций.
Принципы организации ЭВМ, предложенные Дж. фон Нейманом, стали общепринятыми.
Находясь в творческой командировке в группе разработчиков EDVAC и ознакомившись с идеями Дж. фон Неймана, М. Уилкс, вернувшись в Кембриджский университет (Англия), смог на два года раньше (в мае 1949 г.) завершить разработку первой в мире ЭВМ с хранимыми в памяти программами. Его компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) работал в двоичной системе счисления, выполнял 18 одноадресных команд и оперировал как с короткими (17 бит), так и с длинными (35 бит) словами.
Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития ВТ – первому поколению универсальных ЭВМ.
Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала. В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические, ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В качестве внешних за-
29
поминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.
Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, т.е. программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины и «умирали» вместе с этими моделями.
В середине 1950-х гг. появились машинно ориентированные языки типа языков символического кодирования (ЯСК), позволявшие вместо двоичной записи команд и адресов использовать их сокращенную словесную (буквенную) запись и десятичные числа. В 1956 г. был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач – язык Фортран, а в 1958 г. – универсальный язык программирования Алгол.
ЭВМ, начиная с UNIVAC и заканчивая БЭСМ-2 и первыми моделями ЭВМ «Минск» и «Урал», относятся к первому поколению вычислительных машин.
Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструк- тивно-технологической основы применялись схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса). Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.
Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппи-дисках – промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.
В 1964 г. появился первый монитор для компьютеров – IBM 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 12 дюймов
и разрешением 1024 1024 пикселей. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.
Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ более высокой производительности, а главное – надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок, встроенные схемы контроля.
В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.
30