Content="http://eim.hit.bg">
ЕИМ  СВЯТ - Списанието на Юнаците...
  БРОЙ - 9 (юли 2001)
Брой 9 (юли/2001) Начална страница
ЕИМ  ИСТОРИЯ
]Първите три поколения компютри: лампови,
]транзисторни и на основата на ИС
]с малка и средна степен на интеграция

  Джон Винсент Атанасов първи създава концепцията за напълно електронна, цифрова изчислителна машина (виж "Джон Атанасов, създателят на ЕИМ"):
  "...Аз стигнах (през зимата на 1937) до четири решения относно моя проект за компютър:
  • За работа на компютъра ще се използва електричество и електроника
  • Въпреки традицията ще се работи с двоичната система за изчисление
  • Като запомнящи устройства ще се използват кондензатори, но регенеративни (с периодично възстановяване на записаната информация), за да се избегнат малките грешки.
  • Изчисленията ще се извършват по пътя на преките логически действия.

  Машината на Атанасов - ABC (Atanassoff-Bery-Computer) била изградена от около 300 електр.лампи, които осъществявали управлението и извършването на изчисленията и 1632 кондензатора памет. Предназначението на компютъра било решаване на системи от алгебрични уравнения с 30 неизвестни. Пресмятанията се извършвали в двоичен код- 50 разредни двоични числа и един разред за знак (т.е. паметта съхранявала 32, 50+1 разредни двоични числа ) Въвеждането и извеждането на информацията щяло да става посредством стандартни десетични перфокарти на IBM (използвани в механичните машни тогава). Влизането на САЩ във втората световна война и постъпването на Джон Атанасов във флота в края на 1941 г., му попречили да завърши входно/изходната част на ABC, но всичко останало (Управл.У-во и паметта) било реализирано.
  Независимо от това, че проектът на Атанасов за цифрова машина с електронни лампи не е бил окончателно осъществен обаче, основната му концепция е използвана в проекта на Джон Мочли и д-р Дж.Преспер Екерт, създаден през 1942-1943 г. за ENIAC (Electronic Numeruical Integrator and Computer).

  Проектът на Мочли и Екерт е реализиран с финансовата подкрепа на армията, в резултат на което електронната цифрова машина ЕНИАК е построена през 1946 г. , в училището по електроинженерство на Пенсилванския университет. ЕНИАК е първата действаща ЕИМ и независимо че се отличава съществено от следващите компютри по своята структура, тя представлява много голямо постижение в сравнене със създадената две години преди нея електромеханична автоматична изчислителна система МАРК-1 от д-р Хауърд Айкен (Хардвардският университет), като има хиляда пъти по-голяма бързодействие.
  Машината ЕНИАК работи в десетичен код с десетразредни десетични числа, като отрицателните числа са представени в допълнителен код. Основните електронни (логически) елементи в ЕНИАК са: двуходова схема на съвпадение, изпълнена с пентод, управлявана от първа и трета решетка; двуходова събирателна схема, изпълнена с двоен триод с общ товар в катодната или анодната верига; симетричен тригер, изпълнен с двоен триод. Десет тригера се свързвали като десетичен кръгов брояч, от който един е в състояние 1 (код "1 от 10"). В машината се използват 20 натрупващи суматора(регистъра), с помощта на които се изпълняват операциите събиране, изваждане и съхраняване над десетразредни десетични числа. Всеки суматор се състои от 10 десетични кръгови брояча, по един за всеки разред на числото, и 2 тригера за съхраняване на знака на числото. За останалите операции се използват още няколко обособени операционни блока, в това число блок за умножение, блок за деление и за коренуване. Обменът на числата става в паралелен вид по 11 шини - десте за числото и една за знака му. Входните данни се въвеждат чрез стандартни 80 колонни перфокарти IBM. Програмата се въвежда чрез щекерно комутационно табло и ключове, чрез които става подаването на управляващите импулси на съответните управляващи електронни схеми на аритметичното устройство. Машината ЕНИАК представлява уникално техническо съоръжение, съдържа 18 хил. електронни лампи и консумираната й мощност е 150kW. Използването на ЕНИАК като универсална изчислителна машина се ограничавало от малкия обем памет (20 числа), но основното и предназначение е било изчисление на балистични таблици, чрез интегриране на обикновени диференциални уравнения, за което не се нуждаела от по-голяма оперативна памет.   Построяването на ЕНИАК има огромно значение за развитието на изчислителната техника и от там за превръщането й в основен фактор за научно-техническия прогрес, тъй като демонстрира по блестящ начин възможностите на електрониката за създаване на бързодействащи изчислителни машини. В ЕНИАК продължителността на операцията събиране е само 200microS а умножението и делението на десетразредни десетични числа се извършвали съответно за 2.8ms и 6ms. При това независимо от много големия брой електронни лампи и други елементи ЕНИАК е била надеждна и удачна машина, което се е дължало на високото техническо равнище на нейното конструиране и изпълнение (била е в експлоатация до 1955 г.).
  По нататъшното развитие на ЕЦМ е свързано с д-р Джон фон Нойман (от унгарски произход, роден в Будапеща), който е дал основните идеи впроекта на машината ЕДВАК (проектирането на ЕДВАК е започнало в Пенсилванския университет заедно с Мочли и Екерт). Основната идея, заложена в организацията на машината ЕДВАК, е предложеният принцип за съхраняване на програмата в паметта на машината. Останалите идеи са свързани с горния принцип. За осъществяване на тези принципи е било необходимо да се увеличи съществено обемът на паметта на машината. Това в ЕДВАК е постигнато (по предложение на Екерт) чрез използване на памет с живачни ултразвукови закъснителни линии. Обемът на ОП на ЕДВАК е 1024 числа с дължина 44 двоични разреда. Машината е имала и спомагателна памет на азата на магнитния запис с обем 20 хил. числа. Магнитният запис се е извършвал върху никелиран бронзов тел, вместо върху магнитна лента. Машината ЕДВАК имала около 3500 елктр.лампи и бързодействието й е от същия порядък, както при ЕНИАК.   Следващото развитие на ЕЦМ е свързано с усъвършенстване на тяхната структура и организация, като се запазват основните принципи, заложени в ЕДВАК, и доизяснени и доразвити в ИАС (конструиран от Дж. фон Нойман и Х.Голдстайн в Института за перспективни изследвания на Принстънския университет през 1946 г.). Новост на машината ИАС е асинхонното управление. Трябва да се спомене, че и съвременните компютри са от фон Нойманов тип, т.е. със съхранявана програма и двоично представяне на информацията.
...Първата машина със съхранявана програма е реализирана в Англия през 1949 г. (ЕДСАК на Морис Уилкс в Кеймбриджския университет), докато ЕДВАК е завършена през 1950 г. През 1949 г. епусната в действие и машината на Манчестърския университет, резработена под ръководството на Ф.Уилямс, в която е използвана предложената от него памет с електроннолъчеви тръби и допълнителна памет с магнитен барабан. В тази машина за пръв път са използвани индексни регистри. Под ръководството на Мочли и Екерт през 1950 г. е изработена машината БИНАК, характеризираща се с голяма сигурност, постигната чрез дублиране на цели блокове, а през 1951 г. - първата ЕИМ серийно производство UNIVAC. UNIVAC е първата ЕИМ, предназначена да обработва икономическа информация, като в нея се използвало байтово, двоично кодирано представяне на информацията. Един символ (байт) се е състоял от 6 двоични разреда и един разред за контрол по четност. Машинната дума е била с дължина 11 байта. В UNIVAC е била въведена система за контрол на грешките при преработката и пренасянето на информацията. Паметта й е била 1K думи, изпълнени с магнитнострикционни закъснителни линии. Следва да се отбележи и машината "Whirlwind" (Вихър) на Масачузетския технологичен институт, изработена през 1951 г. , в която за пръв път е била използвана матрична памет с феритни сърцевини със съвпадение на токовете, предложена от Джей Форестър.
  Първите проекти за ЕИМ в Съветския съюз са предложени през 1948 г. Проектът МЕСМ (Малка електронно сметачна машина) бил разработен в Института по електротехника при АН на УССР в гр. Киев под ръководството на акад. С.А.Лебедев. Машината МЕСМ е завършена през 1950 г. и през 1951 г. е въведена в експлоатация. МЕСМ е двоична машина с ОП с тригери - общо 94 думи. Съдържала е около 6000 лампи и е имала бързодействие около 20ms (50 опер./сек). През 1952 г. е завършена БЕСМ в Института заточна механика и изчислителна техника при АН на СССР под ръководството на С.А.Лебедев. БЕСМ е паралелна двоична машина с ОП на ЕЛТ (Електронно-Лъчеви-Тръби) - 1023 думи с дължина 39 разреда и външна памет с магнитен барабан. Бързодействието на БЕСМ е 165 microS (~6000 опер./сек) и няколко години тя е била най-бързата ЕИМ в Европа. Характерно за БЕСМ (и нейните по-късни версии, вкл.
БЕСМ-6) е, че числата в нея се представяли във форма с плаваща запетая. Серийното производство на лампови компютри в СССР започва през 1953, когато е завършен първият екземпляр на машината "Стрела".
  У нас в периода 1961/63 г. бяха конструирани ламповата ЕИМ "Витоша" в Математическия институт на БАН (под ръководството на акад. Л.Илиев) с памет с магнитен барабан и експерименталната лампова ЕИМ в МЕИ (ръководител проф. Б.Боровски) с памет на никелови магнитострикционни закъснителни линии. В края на периода на развитие на първото поколение ЕИМ (1958 г.) обемът на паметта им е вече 32К, като се забелязва известно усъвършенстване на класическата структуира чрез въвеждане на "мултипрограмен" режим на работа (разделение на ОП между аритметичните и входно-изходните операции в IBM-709) и чрез въвеждане на микропрограмно управление (ЕДСАК-2), чийто принцип е бил даден от М.Уилкс още през 1951 г. По това време се развива и програмирането, като от ръчно програмиране на машинен език, се преминава към създаване на универсални алгоритмични езици за програмиране Фортран,Алгол,Кобол, което дава възможност и за автоматизация на програмирането.
  Създаването на транзисрора през 1949 г. дава широки възможности за усъвършенстване на елементната база на ЕИМ, тъй като транзисторите са значително по-добри от електронните лампи по консумирана мощност, размери, надеждност, а накрая и по бързодействие. Специализирани ЕИМ с транзистори започват да се строят още през 1954 г. , но първите ЕИМ с универсално предназначение са произведени през 1958 г. (Филико-2000-210) и 1959 г. (IBM 7090), като последната машина има един порядък по-високо бързодействие от най-добрите лампови машини (операцията събиране над 36 разредни двоични числа се извършва за 4.4 microS). първата полупроводникова машина, разработена в СССР е машината "Раздан" (1960 г.). По-късно серийно се произвеждат в Съветския съюз добре познатите ЕИМ от типовете "Минск", "Урал" и БЕСМ. В този период в България се произвежда машината от второ поколение ЗИТ-151 (1967 г.).
  Като най-съществени от техническа и организационна гледна точка представители на второто поколение машини могат да се посочат компютрите "Stretch" (САЩ, 1961 г.), АТЛАС (Англия 1962) и БЕСМ-6 (СССР 1966). В машините от второ поколение благодарение на споменатите по-горе качества на транзисторите се създават възможности за голямо увеличение на количеството електронни компоненти в системата, а оттам и развитие на принципите за най-добро и пълно използване на схемните ресурси на ЕИМ. Голямо развитие получават такива структурно-организационни принципи за обрабтка на информацията в ЕИМ като мултипрограмния режим, а наред с него и режимите на времеделение, пакетна обработка на информацията, диалоговия режим и пр. Силно се развива цифровата схемотехника, а също и паметта на ЕИМ. В транзисторните ЕИМ се решават проблемите за най-добро използване на паметта с голям обем, като се въвежда динамично разпределение на паметта и ефективна адресация на информацията в паметта (виртуална организация на паметта). При машините от второ поколение като вътрешна памет се налага паметта с феритни сърцевини, а като външна памет - паметите с магнитни ленти и магнитни дискове.
  Подобрените характеристики на транзисторните машини определят тяхното широко приложение в областта на науката, техниката, производството и администрацията.
  В разглеждания период голямо стимулиращо влияние върху развитието на полупроводниковите елементи започва да влияе все по-големият ръст на производство на компютри. Така се стига и до целенасоченото създаване и усъвършенстване на интегралните схеми като основен градивен елемент на ЕИМ. Производството на ЕИМ от трето поколение - с ИС (интегрални схеми), започва от 1965 г., когато е призведен първиятпредставител на машините от системата IBM-360, а именно IBM-360/40. машините от системата IBM-360 са изпълнени с тънкослойни хибридни ИС и въплъщават основните концепции на третото поколение ЕИМ. Преди всичко това е единната архитектура на системата, т.е. програмната съвместимост на всички модели ЕИМ, влизащи в системата. Наистина с разширяване на областите на приложение на ЕИМ програмната им част (програмното им осигуряване) започва да става относително все по-голяма и се налага тя да бъде унифицирана. Единственото радикално решение в тази насока е унификацията на машинните езици, т.е. създаването на системи от съвместими компютри, които имат обща ОС. В СССР и социалистическите страни бе съвместно разработена и от 1972 г. се произвежда Единната Система от компютри - ЕС ЕИМ, която има подобна организация и архитектура на системата 360, но е изпълнена на по-високо технологично ниво - с монолитни ИС. У нас се произвежда серийно моделът ЕС-1020 (ЕС 1022) на ЕС ЕИМ.
  Развитието на ЕИМ от трето поколение все още продължава (през 1977 г. - бел. на ред.), като например в някои модели от системата IBM-370 (1972 г.) феритната памет е заменена с полупроводникова - изпълнена с монолитни ИС със средна и голяма степен на интеграция. Вече се оформят основните тенденции на развитието на ЕИМ, които водят до създаването на следващото четвърто поколение ЕИМ. Това са използването на ГИС (големи ИС) както в централната, така и в периферната част на компютъра. Като има тенденции централната част да стане еднородна (съвкупност от микропроцесори), а масовата външна памет да стане електронна (полупроводникова), която да замени паметите с магнитни дискове и ленти. Освен това развитието е насочено към опростяване на общуването на човека с машината, като се премине към визуална и акустична връзка човек-компютър.

1 Бащата на Джон Атанасов е сирак от Априлското въстание. На 13 годишна вързаст той емигрира в САЩ с чичо си.
 

  Библиография:

  • Борис Боровски, "Електронни Цифрови Машини", изд."Техника",София 1978 г
  • И.К.Иванов и М.И.Стаменов, "Ключът към бъдещето", "Военно издателство",София 1989 г.