поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
код нашей кнопки:
ЭВМ (Электронные вычислительные машины)
Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х
- начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: США,
Великобритании, Германии и СССР.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась
электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. В 1904 г. Дж.
Флеминг (Великобритания) изобрел первый ламповый диод, а в 1906 г. Ли де
Форест (США) - первый триод. До середины 30-х гг. электронные лампы уже
стояли во всех радиотехнических устройствах. Но эра ЭВМ начинается с
изобретения лампового триггера. Это открытие было сделано независимо
друг от друга советским ученым М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и английскими
учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (1919). Триггер-ные схемы постепенно
стали широко применяться в электронике для переключения и релейной
коммутации и т. д.
Второй технической предпосылкой создания ЭВМ стало развитие
электромеханической счетно-аналитической техники. Благодаря накопленному
опыту в этой области к середине 30-х гг. стало возможным создание
программно управляемых вычислительных машин. При этом открывались два
пути: традиционный - построение ЭВМ на электромеханических реле и
нетрадиционный - на электронных схемах. Второй путь оказался
перспективнее.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких
и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как
атомная физика и теория динамик полета и управления летательными
аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей. Уровень
прогресса здесь во многом зависел от возможностей выполнения сложных
расчетов. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и
электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени
механизировать процессы вычислений. Фактически предельно допустимые по
объему расчеты (при проектировании, решении инженерных задач и т. п.) не
превышали 300 - 400 тыс. операций (для случаев, когда обязательно их
последовательное выполнение и нельзя разделить работу между несколькими
людьми). Требовался переход к элементам, работающим в более быстром
темпе.
В 1937 г. к идее автоматической цифровой ЭВМ приходит Дж. Атанасов,
доцент колледжа штата Айова (США). В 1939 г. он создал вместе со своим
аспирантом Кл. Берри работающую настольную модель ЭВМ. До весны 1942 г.
продолжалась работа над машиной. Обстоятельства, связанные с войной,
прервали близкую к завершению постройку машины, к которой Атанасов
больше не возвращался. В 1941 г. инженер фирмы ИБМ (США) Б. Фелпс начал
работу по созданию десятичных электронных счетчиков для табуляторов, а в
1942 г. создал экспериментальную модель электронного множительного
устройства.
В конце 30-х гг. С. А. Лебедев (Институт электротехники АН УССР)
приступил к конструированию ЭВМ, работающей в двоичной системе
счисления. В 1941 г. работа была прервана.
Независимо от Атанасова в Германии над проектом простой механической
счетной машины Ц-1 трудились инженеры Г. Шрейер и К. Цузе. В октябре
1939 г. Г. Шрейер составил памятную записку, где писал, что поданным
предварительных расчетов можно построить ламповую машину с
производительностью 10 тыс. операций в секунду.
В США исследования с ЭВМ продолжил профессор физики Дж. Моучли, который
летом 1941 г. детально ознакомился с проектом Атанасова и в августе 1942
г. представил собственный проект, работы по которому начались в мае 1943
г. по заданию Баллистической исследовательской лаборатории Армии США в
Электротехнической школе Мура. В работе над проектом ЭНИАК (электронный
цифровой интегратор и компьютер) под руководством Дж. Моучли и Дж.
Эккерта участвовало около 200 человек, в том числе А. Беркс и Г.
Голдстайн. В ходе реализации проекта были использованы некоторые
результаты предшествующих работ школы Мура по созданию электронных схем
для радиолокаторов. Весной 1945 г. ЭВМ была построена, а в феврале 1946
г. рассекречена. ЭНИАК, содержащий 18 ООО электронных ламп, в 10 раза
превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины.
Приблизительно одновременно с постройкой ЭНИАК, также в обстановке
секретности, создавалась ЭВМ и в Великобритании. Секретность была
необходима потому, что проектировалось устройство для дешифровки кодов,
которыми пользовались вооруженные силы Германии в период второй мировой
войны. Математический метод дешифровки был разработан группой
математиков, в число которых входил Алан Тьюринг, еще в 1936 г.
доказавший возможность алгоритмически универсального вычислительного
устройства (см. Машина Тьюринга).
В течение 1943 г. в Лондоне была построена машина "Колосс" на 1500
электронных лампах, а в июне 1944 г. был завершен ее усовершенствованный
вариант "Колосс Марк-2" на 2500 лампах. В этой машине впервые была
использована команда условного перехода. Хотя и ЭНИАК, и "Колосс"
работали на электронных лампах, они по существу копировали
электромеханические машины: новое содержание (электроника) было втиснуто
в старую форму (структуру доэлектронных машин).
В 1946 г. Джон фон Нейман на основе критического анализа конструкции
ЭНИАК предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию
хранимой программы, т. е. хранения программы в запоминающем устройстве
(в ЭНИАК программа задавалась штеккерным методом, т. е. коммутацией
блоков машины в определенной последовательности). В результате
реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих
чертах сохранившаяся до настоящего времени.
Первая ЭВМ с хранимой программой была создана в Великобритании в 1949 г.
(машина ЭДСАК, конструктор М. В. Уилкс). Эта структура ЭВМ показана на
рис. 1. Пять основных блоков в этой структуре выполняют все нужные для
работы машины функции. Входное устройство осуществляет ввод исходных
данных и программы в запоминающее устройство. В начальный период
развития ЭВМ вся эта информация вводилась в двоичном коде. Поэтому этапу
ввода предшествовал этап кодирования данных и программы. Кодированием
занимались и с помощью специальных устройств - перфораторов,
контроллеров и т. п., которые сейчас уже полностью исчезли за
ненадобностью. После того как данные и программа оказывались в памяти
ЭВМ, устройство управления начинало процесс выполнения программы. С его
помощью из памяти последовательно извлекались команды программы,
находились данные, нужные этой команде, и команда выполнялась. Сам
процесс выполнения команды осуществлялся в арифметическом устройстве.
Называлось оно так потому, что основными операциями, выполнявшимися в
нем, были 4 действия арифметики. Но на самом деле это устройство было с
самого начала способно выполнять основные операции логического типа,
характерные для алгебры логики. Именно это позволяло менять в
зависимости от результатов вычислений продвижение по программе, что
делало программу намного богаче. После завершения программы результат
выдавался человеку в удобной для него форме. Это преобразование было
задачей выходного устройства.
Такая структура ЭВМ впоследствии получила название структуры фон
Неймана. Все дальнейшее развитие ЭВМ шло двумя путями: совершенствование
структуры фон Неймана и поиск структур ЭВМ, отличных от той, которая
возникла на самом первом этапе развития ЭВМ.
Несмотря на то что исследования в области электронной вычислительной
техники в СССР были начаты на несколько лет позже, чем в США и
Великобритании, в сжатые сроки был выполнен ряд проектов цифровых ЭВМ.
Первые проекты были предложены в 1948 г. С. А. Лебедевым и Б. И.
Ра-меевым. В Институте электротехники АН УССР под руководством С. А.
Лебедева был выполнен проект МЭСМ. Рабочее проектирование МЭСМ завершили
в 1948 г., а основные опытно-конструкторские работы, монтаж и испытания
- в 1949 - 1950 гг. В октябре 1951 г. машина была уведена в
эксплуатацию. С ее помощью был решен ряд важных задач, в том числе
расчет устойчивости магистральной линии электропередачи Куйбышев -
Москва (1951).
