Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Компьютеры гагаринской эпохи

Для полетов в космос приходилось много и быстро считать, поэтому на начало космической эры приходится и взлет вычислительной техники

  
Первые интегральные схемы были довольно неказисты на вид. Но их изобретение Джеком Килби в 1958 году революционизировало всю грядущую электронику. Фото: Courtesy of Texas Instruments

Первая ламповая ЭВМ появилась на свет спустя 40 лет после изобретения электронной лампы — триода. На изобретение новой элементной базы, более совершенной, чем ламповая, разработчики компьютеров среагировали значительно быстрее. В декабре 1947 года сотрудники Bell Telephone Laboratories Джон Бардин (John Bardeen, 1908–1991), Уолтер Браттейн (Walter Brattain, 1902–1987) и Уильям Брэдфорд Шокли (William Bredford Shockley, 1910–1989) создали трехэлектродный (как и ламповый триод) полупроводниковый прибор, названный транзистором. Транзистор, обладая большей надежностью и быстродействием и меньшим потреблением мощности, отличался от лампы, как самолет от дирижабля.

Спустя семь лет в компьютерной лаборатории Массачусетского технологического института был изготовлен первый транзисторный компьютер TX-0. Это была крошечная машина даже по меркам тех лет, истинно лабораторный образец. И предназначалась она исключительно для того, чтобы с её помощью спроектировать «серьезную» ЭВМ TX-2. Что в конце концов и было реализовано. Главным же в этой истории было то, что в процессе разработки приобрел должный опыт Кеннет Ольсен (Kenneth Olsen, 1926), бывший моряк, прошедший войну, который в значительной мере определил развитие американского компьютеростроения. В 1957 году он основал собственную компанию DEC (Digital Equipment Corporation), стратегия которой была направлена на создание массовых недорогих ЭВМ.

  
Компьютер PDP8, запущенный в массовое производство в 1965 году, выгодно отличался от конкурентов скромными размерами и относительной дешевизной — всего $16 000 за штуку.
В результате в 1959 году появилась PDP-1 — мини-ЭВМ с прекрасным соотношением цена/производительность. В то время как корпорация IBM выпускала мощные мэйнфреймы стоимостью в десятки миллионов долларов, цена PDP-1 составляла всего лишь 120 тысяч, что позволило DEC продать более ста своих первенцев. И память у нее была вполне приемлемой — 4096 слов по 18 разрядов, а быстродействие так и вовсе отличное для машин такого класса — 200 тыс. операций в секунду. В этой машине впервые в истории в качестве монитора был использован дисплей на электронно-лучевой трубке с разрешением 512x512 пикселей.

Но подлинный фурор произвела следующая модель PDP-8, реализованная уже не на транзисторах, а на микросхемах, которая была изготовлена сумасшедшим тиражом в 100 тыс. экземпляров по небывало низкой цене в 16 тыс. долларов. В ней инженеры DEC также впервые в истории использовали систему обмена данными между функциональными узлами компьютера при помощи универсальной шины, получившей название «bus». Затем появилась PDP-11. Машины компании DEC успешно использовались в бизнесе, для управления технологическими процессами, в научных лабораториях, в университетах для обучения студентов компьютерному делу. Не случайно в 1975 году Билл Гейтс и Пол Аллен, основатели Microsoft Comp., разработали интерпретатор Бейсика для первой персоналки именно на PDP-11, которая использовалась ими как эмулятор команд процессора Altair. К другой машине двоих честолюбивых юношей не подпустили бы и на пушечный выстрел.

Другой американский компьютерный гигант — IBM, — перейдя с ламп на транзисторы, продолжил стратегию создания мощных ЭВМ, ориентированных на удовлетворение потребностей большой науки и военно-промышленной индустрии. В конце 50-х годов корпорация выдала «на гора» два транзисторных мэйнфрейма IBM-1401 средней производительности и суперкомпьютер IBM-7090, имевший 64 кбайт памяти и быстродействие в 300 тыс. операций в секунду. Такая производительность была достигнута не только автоматически, то есть при замене медленных ламп на быстрые транзисторы, но и за счет программно-аппаратных нововведений, позволявших параллельно исполнять несколько машинных команд. Эти машины использовались в NASA и в системе противоракетного обнаружения.

Однако айбиэмовский монстр не был самым быстродействующим. Компания Control Data Corp. выпустила CDC-6600, в которой проблема повышения производительности была решена довольно «тупо», но весьма эффективно. В этом мэйнфрейме, созданном по заказу лос-аламосской лаборатории ядерных исследований, применялось 12 процессоров, каждый из которых имел свою оперативную память. В результате CDC-6600 выполнял 2,5 млн. операций в секунду. Этот мультипроцессорный принцип используется и теперь при создании суперкомпьютеров. Сейчас количество параллельно работающих процессоров исчисляется уже не десятками, а десятками тысяч. Такие монстры занимают площадь в сотни квадратных метров и пожирают мегаватты электроэнергии, выдавая на гора десятки терафлопсов — триллионов операций в секунду.

Генеральным конструктором CDC-6600 был гениальный Сеймур Крей (Seymour Cray, 1925–1996), впоследствии организовавший собственную фирму Cray Computer Corporation, которая долго изумляла человечество суперкомпьютерами-рекордсменами семейства Cray. Однако фирму сгубило окончание холодной войны. В конце 80-х годов был резко сокращен военный бюджет США, в связи с чем компания не смогла закончить создание двух суперкомпьютеров, что в 1995 году привело к её банкротству. Сейчас суперкомпьютеры с брендом Cray производит одноименная компания. 

  
IBM в те годы производил компьютеры, занимавшие по полздания. Приобрести себе такое устройство могли только монстры вроде NASA Фото: Christopher Kraft, NASA

В то же самое, транзисторное, время не меньший, а, может быть, и больший гений Сергей Алексеевич Лебедев (1902–1974) выпустил в СССР в 1967 году суперкомпьютер БЭСМ-6, который делал миллион операций в секунду. И при том он имел лишь один процессор. Но в нем были применены революционные по тем временам решения, многие из которых были использованы в машинах следующего, третьего, поколения. К ним можно отнести, например, принцип конвейерной обработки команд, использование кеш-памяти, секционирование оперативной памяти, выстраивание прерываний в иерархическую очередь. Всего отечественная промышленность выпустила 350 лебедевских шедевров. Больше для милитаристских нужд не требовалось. «Рядовые» потребности в компьютерах обеспечивались более скромными машинами серий «Урал», «Минск», «Наири», «Раздан», «Мир», «Сетунь» — машина с диковинной — троичной формой представления чисел.

ЭВМ второго поколения, при всей их разнокалиберности и непохожести, обладали рядом общих черт. Они имели ферритовую оперативную память, объем которой достигал 128 килобайт. В качестве внешней памяти начали использоваться магнитные диски и накопители на магнитной ленте. Появились дисплеи и быстродействующие печатающие устройства (АЦПУ). В машинах второго поколения вовсю использовались языки высокого уровня: фортран, алгол, кобол. Появилась возможность одновременной обработки нескольких задач — пакетный режим работы. К технологическим достижениям следует отнести появление печатных плат, которые заменили трудоемкий проводной монтаж.

Большой скачок для маленькой компании

В 1958 году инженер компании Texas Instruments Джек Килби (Jack Kilby, 1923–2005) изобрел способ выращивания на одной полупроводниковой пластине нескольких транзисторов, сопротивлений и конденсаторов. Для того, чтобы собрать из них какую-либо электрическую схему, например, триггер или группу вентилей, эти элементы соединялись при помощи пайки золотыми проволочками. Так появились микросхемы или же интегральные схемы, которые нынче называются чипами. У чипов есть и второй отец — Роберт Нойс (Robert Noyce, 1927), который впоследствии основал фирму Intel (Integrated electronics). В 1959 году Нойс предложил способ, благодаря которому из технологического процесса исключалась трудоемкая операция пайки, — на подложке выращивалась вся электрическая схема — вместе с соединительными перемычками. Первые микросхемы, которые начали выпускаться массовыми тиражами в 1961 году, содержали до десяти транзисторов. Через пять лет плотность компоновки возросла в десять и более раз. 

Вполне понятно, что разработчики ЭВМ с восторгом приняли новую элементную базу, которая позволяла сократить размеры компьютеров, увеличить быстродействие и повысить надежность. И в подавляющем большинстве случаев они начали «апгрейдить» ЭВМ, заменяя в них транзисторы на микросхемы. В связи с чем такие «разработки» нельзя назвать ЭВМ третьего поколения.

  
В момент появления на рынке в 1985 году суперкомпьютер Cray-2 был самым быстрым. Американское правительство приложило все усилия, чтобы компьютер не попал в социалистический лагерь. Из-за распада этого лагеря в начале 90-х следующую модель Cray-3 уже никто не хотел покупать.Фото: Wade Sisler/NASA
Новое поколение зародилось в недрах IBM, ставшей к тому времени неоспоримым лидером компьютеростроения. В 1964 году она выпустила семейство ЭВМ IBM-360. Это был грандиозный проект, соизмеримый по масштабам с такими национальными программами, как освоение космоса и покорение морской пучины. Идеологи корпорации пришли к выводу, что наступило время для внедрения в компьютерную отрасль тотальной стандартизации и унификации. 25 тысяч узлов, которые изготавливаются на заводах IBM, из которых собираются всего лишь четыре компьютера, решили они — это непозволительно много. Разработка программного обеспечения для каждой машины — это также непозволительная роскошь, которая приводит к распылению интеллектуального потенциала корпорации.

И параллельно с инженерной работой закипела бурная организационная деятельность. За четыре года компания потратила $5 млрд (по нынешним масштабам цен — $35 млрд), львиная доля этой суммы ушла на строительство шести заводов, расположенных в разных странах мира. Численность рабочих, занятых на предприятиях IBM, увеличилась на 50 тыс. человек. К проекту было привлечено свыше полутора тысяч субподрядчиков.

В результате на рынок было выпущено семейство из девяти компьютеров разной мощности, которые имели единую структуру, общие для всех ЭВМ функциональные узлы и единый набор машинных команд, что позволяло одни и те же программы прогонять через любую ЭВМ данного семейства. Линейка IBM-360 начиналась с мини-ЭВМ и заканчивалась весьма солидным мэйнфремом с высокой производительностью. Такая «семейственность» способствовала тому, что заказчик, купив одну айбиэмовскую машину, становился рабом корпорации, поскольку был вынужден приобретать более мощные модели, дабы не нарушать программную и аппаратную преемственность. Младшие модели стоили $150 тыс., цена IBM360/90 достигала $6 млн.

Данная разработка вызвала на рынке настоящий психоз. На протяжении трех лет IBM продавала по 1000 машин в месяц. И этого было недостаточно для удовлетворения ажиотажного спроса: зачастую заказчики перекупали друг у друга очередь на приобретение чудо-машины. Именно в этот период IBM подмяла под себя компьютерный рынок. Сложившуюся во второй половине 60-х ситуацию называли «Белоснежка и семь гномов». На долю Белоснежки, роль которой играла IBM, приходилось 70 процентов продаж. Остальное делили между собой Burroughs, Control Data Corporation, General Electric (GE), Honeywell, National Cash Register (NCR), Radio Corporation of America (RCA) и Sperry Rand. 

  
В линейке IBM 360 кроме дорогих и солидных модификаций были и вполне компактные и относительно дешевые. Преимущество заключалось в достигнутой унификации — все они имели схожую архитектуру, одни и те же компоненты и одинаковый набор команд. Фото: IBM

При этом две компании более-менее успешно конкурировали с компьютерным монстром. «Внизу», в сегменте мини-ЭВМ, — вышеупомянутая DEC, поставлявшая «беднякам» PDP-8 и PDP-11. «Вверху» — Control Data Corporation, постоянно наращивавшая мощность мультипороцессорных суперкомпьютеров. В отношении последней маркетологи IBM применили хитроумный прием, объявив о скором завершении разработки суперкомпьютера, который будет в два раза круче, чем машины Сеймура Крея. Потребители стали ждать этого знаменательного момента, заморозив взаимоотношения с CDC, однако он так и не наступил. Обещания оказались блефом. CDC пыталась получить сатисфакцию в суде, однако граждане судьи в качестве главного аргумента использовали русскую поговорку о борьбе с сильным и юридической тяжбе с богатым.

Начиналась новая эпоха: в компьютерах, выпускавшихся с 1964 по 1974 год, использовались операционные системы, позволявшие реализовывать мультипрограммный режим работы. В процессорах начали применяться параллельная и конвейерная отработка заданий, кеш-память и стековая память, система прерываний и прочие нововведения. Наряду с числовой информацией процессоры начали работать и с символьной. Расширился набор внешних устройств за счет флоппи-дисков, графопостроителей, сканеров и мониторов. Объем оперативной памяти возрос до 8 Мб в наиболее мощных машинах, а быстродействие — до 200–300 млн. операций в секунду. Однако оставалось ещё несколько принципиальных сложностей, которые требовалось разрешить, чтобы сделать ЭВМ достаточно дешевой и миниатюрной, чтобы превратить её в персональный компьютер.

Читайте также в журнале «Вокруг света»:

Владимир Тучков, 26.06.2007

 

Новости партнёров