Содержание
Электро́нно-вычисли́тельная маши́на (сокращённо ЭВМ) — комплекс технических, аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации, вычислений, автоматического управления. При этом основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах [1] .
Задолго до появления ЭВМ существовали другие виды вычислительных машин.
Содержание
Особенности терминологии [ править | править код ]
Понятие «электронно-вычислительная машина» следует отличать от более широкого понятия «вычислительная машина» (компьютер); [ источник не указан 672 дня ] ЭВМ является одним из способов воплощения вычислителя. ЭВМ подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако вычислитель может быть устроен и на других принципах — вычисления могут быть произведены механическим, биологическим, оптическим, квантовым и другими способами, работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или за счёт других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть аналоговой, цифровой и комбинированной (аналого-цифровой). [ источник не указан 672 дня ]
В настоящее время термин «ЭВМ», как относящийся больше к вопросам конкретного физического воплощения вычислителя, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле — для обозначения вычислительной техники 1940—1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных.
Во времена широкого распространения аналоговых вычислительных машин, что тоже были, в своём подавляющем большинстве, электронными, во избежание недоразумений использовалось название «цифровая электронная вычислительная машина» (ЦЭВМ) или «счётная электронная вычислительная машина» (СЭВМ; для подчеркивания того, что это устройство осуществляет непосредственно вычисления результата, в то время как аналоговая машина по сути осуществляет процесс физического моделирования с получением результата измерением).
История создания ЭВМ [ править | править код ]
- Первые гражданские ЭВМ Z1 и Z2 были созданы в конце 30-х годов в Германии.
- 1941 год — Конрад Цузе создал вычислительную машину Z3, которая имела все свойства современного компьютера.
- 1942 год — в Университете штата АйоваДжон Атанасов и его аспирантКлиффорд Берри создали (а точнее — разработали и начали монтировать) первую в США электронную цифровую вычислительную машину. Хотя эта машина так и не была завершена в связи с уходом Атанасова на военную службу, она, как пишут историки, оказала большое влияние на Джона Мокли, который, спустя четыре года, создал первую ЭВМ ЭНИАК.
- В начале 1943 года успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов для ВМС США.
- В конце 1943 года заработала английская вычислительная машина специального назначения «Колосс». Машина работала над расшифровкой секретных кодов Третьего Рейха.
- В 1944 годуКонрад Цузе разработал ещё более быструю вычислительную машину — Z4.
- 1946 год стал годом создания первой американской гражданской универсальной электронной цифровой вычислительной машины ЭНИАК.
- В 1950 году в Москве под руководством академика И.С.Брука была создана первая советская ЭВМ М-1, являющаяся первым компьютером в континентальной Европе.
- С 1962 года ЭВМ применяются на космических кораблях Союз и Л-1 (облёт Луны).
- 1967 стал годом, посвящённым формальным методам проектирования электронных вычислительных машин под руководством Глушкова.
- 30 октября 1967 года в СССР произведена первая в мире полностью автоматическая стыковка двух космических аппаратов (беспилотных кораблей «Союз» под названиями «Космос-186» и «Космос-188» [2]
- В 1969 году ЭВМ ракеты Н-1 обрабатывал данные с более чем с 13 тысяч датчиков ракеты.
Основные виды ЭВМ [ править | править код ]
По размеру аппаратной части могут быть выделены различные классы ЭВМ. [3]
Что касается мировой истории, то
1934 г. Немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать (в домашних условиях) цифровую вычислительную машину с программным управлением. Машина должна была работать с двоичными числами (впервые в мире) . В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала. Она могла обрабатывать 22-х разрядные двоичные числа с плавающей запятой, с памятью на 64 числа. Она работала полностью на механической (рычажной) основе.
В том же 1937 г. , когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной вычислительной машины, впервые в мире применив электронные лампы в количестве 300 штук.
1942-43 гг. В Англии при участии Алана Тьюринга была создана вычислительная машина "Колосс". В ней было уже 2000 электронных ламп. Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского Вермахта. Работы Цузе и Тьюринга были секретными. О них в то время знали немногие. Построенные машины не вызвали какого-либо резонанса в мире.
1943 г. Под руководством американца Говарда Айкена, по заказу и при поддержке фирмы IBM создан Mark-1 – первый программно-управляемый компьютер. Он был построен на электромеханических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты.
Только в 1946 г. , когда появилась информация об ЭВМ "ЭНИАК" (электронный цифровой интегратор и компьютер) , созданной в США Д. Мочли и П. Эккертом, перспективность электронной техники стала очевидной (в машине использовалось 18 000 электронных ламп, и она выполняла около 3 000 операций в секунду) . Однако машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.
Завершающую точку в создании первых электронных вычислительных машин поставили в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, "ЭДСАК", 1949 г. Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г. , Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман "ЭДВАК", 1952 г.) , создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.
Не так давно мы рассказали вам про архитектуру новейшего российского процессора «Эльбрус-4С», разработанного компанией МЦСТ. Была затронута и ее история развития. На сегодняшний день эта фирма — чуть ли не единственный оплот отечественного компьютеростроения. На наш взгляд, было бы неправильно не уделить немного внимания разработкам СССР. Да, советское компьютеростроение нельзя назвать передовым, однако инженеры, ученые и государство все же уделяли ему достаточное количество времени и сил.
Персональный компьютер «Агат»
Первая советская электронно-вычислительная машина была сконструирована и введена в эксплуатацию недалеко от города Киева. С появлением первого компьютера в Союзе и на территории континентальной Европы связывают имя Сергея Лебедева (1902-1974 гг.). В 1997 году ученая мировая общественность признала его пионером вычислительной техники, и в том же году Международное компьютерное общество выпустило медаль с надписью: «С.А. Лебедев — разработчик и конструктор первого компьютера в Советском Союзе. Основоположник советского компьютеростроения». Всего при непосредственном участии академика было создано 18 электронно-вычислительных машин, 15 из которых переросли в серийное производство.
Сергей Алексеевич Лебедев — основоположник вычислительной техники в СССР
В 1944-м, после назначения на должность директора Института энергетики АН УССР, академик с семьей переезжает в Киев. До создания революционной разработки остается еще долгих четыре года. Данный институт специализировался по двум направлениям: электротехническое и теплотехническое. Волевым решением директор разделяет два не совсем совместимых научных направления и возглавляет Институт электроники. Лаборатория института переезжает в предместье Киева (Феофания, бывший монастырь). Именно там и воплощается в жизнь давнишняя мечта профессора Лебедева — создать электронно-цифровую счетную машину.
Первый компьютер СССР
В 1948 году модель первого отечественного компьютера была собрана. Устройство занимало почти все пространство комнаты площадью в 60 м 2 . В конструкции было так много элементов (особенно нагревательных), что при первом запуске машины выделилось столько тепла, что пришлось даже разобрать часть кровли. Первую модель советского компьютера назвали просто — Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ). Она могла производить до трех тысяч счетно-вычислительных операций в минуту, что по меркам того времени было заоблачно много. В МЭСМ был применен принцип электронной ламповой системы, который уже апробирован западными коллегами («Колосс Марк 1» 1943 г., «ЭНИАК» 1946 г.).
Всего в МЭСМ было использовано порядка 6 тысяч различных электронных ламп, устройству требовалась мощность в 25 кВт. Программирование происходило за счет ввода данных с перфолент или в результате набора кодов на штекерном коммутаторе. Вывод данных производился посредством электромеханического печатающего устройства или путем фотографирования.
- двоичная с фиксированной запятой перед старшим разрядом система счета;
- 17 разрядов (16 плюс один на знак);
- емкость ОЗУ: 31 для чисел и 63 для команд;
- емкость функционального устройства: аналогичная ОЗУ;
- трехадресная система команд;
- производимые вычисления: четыре простейших операции (сложение, вычитание, деление, умножение), сравнение с учетом знака, сдвиг, сравнение по абсолютной величине, сложение команд, передача управления, передача чисел с магнитного барабана и пр.;
- вид ПЗУ: триггерные ячейки с вариантом использования магнитного барабана;
- система ввода данных: последовательная с контролем через систему программирования;
- моноблочное универсальное арифметическое устройство параллельного действия на триггерных ячейках.
Несмотря на максимально возможную автономную работу МЭСМ, определение и устранение неполадок все же происходило вручную или посредством полуавтоматического регулирования. Во время испытаний компьютеру было предложено решить несколько задач, после чего разработчики заключили, что машина способна производить вычисления, неподвластные человеческому разуму. Публичная демонстрация возможностей малой электронной счетной машины произошла в 1951 году. С этого момента устройство считается введенным в эксплуатацию первым советским электронно-вычислительным аппаратом. Над созданием МЭСМ под руководством Лебедева работало всего 12 инженеров, 15 техников и монтажниц.
Несмотря на ряд существенных ограничений, первый компьютер, сделанный в СССР, работал в соответствии с требованиями своего времени. По этой причине машине академика Лебедева было доверено проводить расчеты по решению научно-технических и народно-хозяйственных задач. Опыт, накопленный в процессе разработки машины, был использован при создании БЭСМ, а сама МЭСМ рассматривалась в качестве действующего макета, на котором отрабатывались принципы построения большой ЭВМ. Первый «блин» академика Лебедева на пути развития программирования и разработок широкого круга вопросов вычислительной математики не оказался комом. Машину применяли как для текущих задач, так и рассматривали прототипом более усовершенствованных аппаратов.
Успех Лебедева был высоко оценен в высших эшелонах власти, и в 1952 году академик получил назначение на руководящую должность института в Москве. Малая электронная счетная машина, произведенная в единичном экземпляре, использовалась до 1957 года, после чего устройство демонтировали, разобрали на составляющие и поместили в лабораториях Политехнического института в Киеве, где части МЭСМ служили студентам в лабораторных исследованиях.
ЭВМ серии «М»
Пока академик Лебедев работал над электронно-вычислительным устройством в Киеве, в Москве образовывалась отдельная группа электротехников. Сотрудники Энергетического института имени Кржижановского Исаака Брука (электротехник) и Башира Рамеева (изобретатель) в 1948 году подают в патентное бюро заявку на регистрацию проекта собственной ЭВМ. В начале 50-х Рамеев становится руководителем отдельной лаборатории, где и предназначалось появиться этому устройству. Буквально за один год разработчики собирают первый прототип машины М-1. По всем техническим параметрам это было устройство, намного уступающее МЭСМ: всего 20 операций в секунду, тогда как машина Лебедева показывала результат в 50 операций. Неотъемлемым преимуществом М-1 были ее габариты и энергопотребление. В конструкции использовано всего 730 электрических ламп, они требовали 8 кВт, а весь аппарат занимал лишь 5 м 2 .
В 1952-м году появилась М-2, производительность которой выросла в сто раз, а число ламп увеличилось лишь вдвое. Этого удалось достичь за счет использования управляющих полупроводниковых диодов. Но инновации требовали больше энергии (М-2 потребляла 29 кВт), да и площадь конструкция заняла в четыре раза больше, чем предшественница (22 м 2 ). Счетных возможностей данного устройства вполне хватало для реализации ряда вычислительных операций, но серийное производство так и не началось.
