Курс «История информатики» Лекция

Главная страница
Контакты

    Главная страница


Курс «История информатики» Лекция



страница4/17
Дата04.11.2017
Размер2,09 Mb.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Вопросы


  1. Какие направления автоматизации впервые стали возможны благодаря появлению ЭВМ?

  2. Когда была создана первая механическая вычислительная машина?

  3. Как была устроена вычислительная машина Шиккарда?

  4. Сколько экземпляров своей машины смог изготовить Шиккард?

  5. Когда Блез Паскаль построил свою арифметическую машину?

  6. Каковы особенности машины Паскаля, её отличия от машины Шиккарда?

  7. Сколько экземпляров своей машины построил Паскаль?

  8. Кто и когда построил первый в мире арифмометр?

  9. Какое изобретение Лейбница позволило выполнять механически умножение и деление?

  10. Кого принято считать создателем первой универсальной вычислительной машины, прототипа современных компьютеров?

  11. Сколько лет своей жизни Ч. Бэббидж посвятил идее вычислительной машины?

  12. Что могла делать действующая модель машины Бэббиджа, о которой он сообщил членам Астрономического общества?

  13. Чем принципиально отличалась машина Бэббиджа от её предшественниц?

  14. Какая особенность устройства аналитической машины Беббиджа позволила выполнять вычислительные алгоритмы любой сложности?

  15. Что является главным свойством, отличающим универсальные вычислительные машины от других вычислительных устройств?

  16. Для каких целей Бэббидж придумал специальную знаковую систему, которую можно назвать языком?

  17. Каким образом леди Лавлейс доказала универсальные возможности аналитической машины?

  18. Кого признали первым программистом в мире?

  19. Что сделано для увековечения заслуг первого в мире программиста?

  20. В каких странах выполнялись проекты компьютеров в 30-х годах 20-го века?

  21. Автор компьютера, созданного в 1941 году в Германии?

22) В какие годы выполнялся проект МАРК-1 в США?

23) Назовите релейные машины фирмы Белл (Дж. Стибиц).

24) В какие годы развивался проект машины Дж. Атанасова?

25) Назовите конструкторов машины ЭНИАК.

26) Какая производительность была достигнута на машине ЭНИАК?

27) Каким способом задавалась программа в машине ЭНИАК?

28) Когда и где была реализована первая ЭВМ с хранимой программой?

29) Кто был конструктором первой ЭВМ с хранимой программой?

30) Перечислите пять принципов фон-Неймановской архитектуры.



Лекция 5

Первые советские ЭВМ


Несмотря на то, что исследования в области электронной вычислительной техники в СССР были начаты позже, чем в США и Великобритании, в сжатые сроки здесь был выполнен ряд проектов цифровых ЭВМ. Первые проекты были предложены в 1948 г. С.А. Лебедевым, И.С. Бруком и Б.И. Рамеевым.

С.А. Лебедев

Сергей Алексеевич Лебедев родился 2 ноября 1902 года в Нижнем Новгороде. В 1921 г. Сергей Лебедев поступает в Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (МВТУ), на электротехнический факультет, где специализируется в области техники высоких напряжений. В 1928 году он становится преподавателем МВТУ и одновременно – сотрудником Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), где организует лабораторию, в которой разрабатывались проблемы устойчивости и регулирования мощных энергосистем. В 30-м начинает преподавать основы электротехники в только что организованном Московском энергетическом институте (МЭИ), разрабатывает и читает новый курс “Устойчивость параллельной работы электрических систем”, который затем вводится и в других энергетических вузах страны.

В 1935 г. Лебедев получает звание профессора по специальности “электрические станции и сети”. В 1936 году он возглавляет отдел автоматики ВЭИ. На основе разработанной им теории искусственной устойчивости защищает докторскую диссертацию (1939 г.). В 1939–1940 гг. руководит расчетом режимов работы магистральных линий электропередачи от подготавливаемого к строительству Куйбышевского гидроузла.

Уже тогда Лебедев чувствовал, что назревает необходимость автоматизации научных исследований и математических расчетов. Ходит легенда о том, что в 38-м году Лебедев подал докладную записку в правительственные инстанции о возможности создания вычислительной машины быстродействием 1000 операций в секунду, на что требуется 50 тыс. рублей, и будто бы ему, восприняв предложение как химеру, с юмором ответили, что такая машина не нужна, так как на ней будут сосчитаны за год все необходимые задачи, и она начнет простаивать.

В 41-м, вместе с Институтом, Лебедев эвакуируется в Свердловск. Возглавляемый им отдел переключается на выполнение работ по оборонной тематике. Во время войны С.А. Лебедев разработал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании, принятую на вооружение, аналоговую систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды и т. д.

После возвращения в 43-м в Москву, он работает над созданием специализированной аналоговой вычислительной машины для решения систем дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой. Такая электронная АВМ была создана под его руководством в 1945 г.

В этом же году Лебедев избран действительным членом Академии наук Украины, а в 46-м переезжает в Киев и с 1947-го по 1951-й год возглавляет Институт электротехники АН УССР.

Начиная с 1948 г. С.А. Лебедев полностью посвящает себя созданию ЭВМ. Впоследствии (в 1957 году) он писал:

Быстродействующими электронными счетными машинами я начал заниматься в конце 1948 г. В 1948–1949 гг. мной были разработаны основные принципы построения подобных машин. Учитывая их исключительное значение для нашего народного хозяйства, а также отсутствие в Союзе какого-либо опыта их постройки и эксплуатации, я принял решение как можно быстрее создать малую электронную счетную машину, на которой можно было бы исследовать основные принципы построения, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт. В связи с этим было намечено первоначально создать действующий макет машины с последующим его переводом в малую электронную счетную машину. Разработка основных элементов была проведена в 1948 г. К концу 1949 г. были разработаны общая компоновка машины и принципиальные схемы её блоков. В первой половине 1950 г. изготовили отдельные блоки и приступили к их отладке во взаимосвязи; к концу 1950 г. отладка созданного макета была закончена. Действующий макет успешно демонстрировался комиссии.

Сокращение МЭСМ вначале рассматривалось как “Макет” или “Модель”, но в процессе работы приобрело смысл “Малая Электронная Вычислительная Машина. Функциональная схема МЭСМ в сущности соответствовала всем принципам фон Неймана. Она была универсальной ЭВМ с хранимой программой, система команд машины включала команду условного перехода, вычисления велись в двоичной системе счисления. Иерархия запоминающих устройств включала ОЗУ на триггерных регистрах для хранения 63 команд и 31 числа. Постоянные неизменяемые части программы и константы набирались на штеккерном ЗУ. Кроме того, была предусмотрена возможность подключения магнитного барабана.

В 1952 г. на первой советской электронной вычислительной машине МЭСМ решались важнейшие научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов и ракетной техники, механики, статистического контроля качества и т. д. Эта машина была разработана и изготовлена одновременно и независимо от аналогичных работ, которые велись в США и Европе. Такова была обстановка секретности, в которой появились в разных странах первые ЭВМ.

В марте 1950 г. С.А. Лебедев был отозван в Москву и назначен заведующим лабораторией Института точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ). Первой ЭВМ, разработанной под руководством С.А. Лебедева в ИТМ и ВТ, была машина параллельного действия БЭСМ-1 (8–10 тыс. оп/с). Она, в сущности, послужила основой для создания всех последующих ЭВМ в СССР. Возможности, предоставляемые набором операций БЭСМ-1 (в первую очередь – операциями над числами “с плавающей запятой”) позволяли решать сложные научные и производственные задачи.

В I квартале 1953 г. БЭСМ была налажена, а в апреле 1953 г. принята Государственной комиссией в эксплуатацию. В 1955 г. С.А. Лебедев на международной конференции в Дармштадте представил доклад о машине БЭСМ, который произвел сенсацию.

В 1953 г. С.А. Лебедев был назначен директором ИТМ и ВТ и избран действительным членом АН СССР. В течение 20 лет, с 1953 г., С.А. Лебедев возглавлял в Москве институт, который сейчас носит его имя. Здесь им были созданы деятельный коллектив и научная школа по разработке самых быстродействующих машин. Это направление Лебедев считал главным в развитии вычислительной техники.

В 1955 г. С.А. Лебедев начал разработку машины М-20 (цифра в названии указывала на ожидаемое быстродействие – 20 тыс. оп/с). Такой скорости вычислений тогда не имела ни одна машина в мире. Машина М-20 имела новые важные структурные особенности – частичное совмещение операций, аппаратную организацию циклов, параллельную работу процессора и устройства вывода информации на печать. В 1958 г. Государственная комиссия приняла машину М-20 и рекомендовала её в серийное производство.

Выдающимся достижением Лебедева и возглавляемого им коллектива разработчиков в ИТМ и ВТ стало создание универсальной быстродействующей машины БЭСМ-6 (1967), которая по производительности (1 млн. оп/с) превосходила более чем на порядок все ЭВМ, разработанные до этого в СССР. Такая производительность машины определялась как применением высокочастотных полупроводниковых элементов, так и новой развитой структурой, к основным достоинствам которой относятся глубокое совмещение работы всех внутренних и внешних устройств и организация конвейерной обработки команд. Без преувеличения можно сказать, что многие новые принципы, положенные в основу серийной машины БЭСМ-6, предвосхитили то, что сейчас считается характерным для высокопроизводительных вычислительных систем следующих поколений.

Разработка БЭСМ-6 была завершена в 1967 г., серийный выпуск продолжался 17 лет, что является рекордом среди машин этого класса и подтверждает удачность выбора архитектуры и сочетания параметров. К началу серийного производства БЭСМ-6 была одной из лучших ЭВМ не только в СССР, но и в мире.

Развитию научной школы С.А. Лебедева в значительной мере способствовали его своевременные публикации и выступления на научных конференциях, его активная работа с аспирантами и студентами МЭИ, МФТИ, МГУ и других вузов Москвы.

Сергей Алексеевич Лебедев умер 3 июля 1974 г. в Москве.

Талантливый инженер, выдающийся ученый и организатор науки, С.А. Лебедев внес основополагающий вклад в становление и развитие вычислительной техники в нашей стране.

Имя С.А. Лебедева и значимость его научной, организаторской, педагогической и общественной деятельности сопоставимы с именами и значимостью деятельности И.В. Курчатова, С.П. Королева, М.В. Келдыша в области атомной энергии и освоения космического пространства. Успехи в этих важнейших сферах научно-технического прогресса непосредственно связаны с использованием высокопроизводительных вычислительных машин и систем, разработанных под руководством Лебедева.

Выдающиеся заслуги С.А. Лебедева получили высокое международное признание. В 1996 году одна из наиболее авторитетных профессиональных организаций – IEEE Computer Society наградила С.А. Лебедева самой престижной в компьютерном мире наградой – медалью “Computer Pioneer”. Надпись на обороте этой медали гласит: “Компьютерное общество признало Сергея Алексеевича Лебедева основоположником советской компьютерной промышленности”.


И.С. Брук


Исаак Семенович Брук родился 8 ноября 1902 г. в Минске. В 1920 г. он окончил реальное училище, а в 1925 г. – электротехнический факультет МВТУ им. Н.Э. Баумана.

Ещё будучи студентом, И.С. Брук занялся научными исследованиями. Его диплом был посвящен новым способам регулирования асинхронных двигателей. По окончании МВТУ И.С. Брук работал во Всесоюзном электротехническом институте (ВЭИ), где он получил большой практический опыт: участвовал в разработке новой серии асинхронных двигателей, выезжал в Донбасс для налаживания параллельной работы электростанций.

В 1930 г. Брук переехал в Харьков, где на одном из заводов под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции. В 1935 г. он возвратился в Москву и поступил на работу в Энергетический институт АН СССР.

В организованной им лаборатории электросистем он разворачивает исследования по расчету режимов мощных энергосистем. Для моделирования сложных электросетей в лаборатории создается расчетный стол переменного тока – своеобразное специализированное вычислительное устройство. За эти работы в мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук, а в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему “Продольная компенсация линий электропередач”.

В 1939 году, на одном из заседаний Президиума Академии наук СССР, был заслушан доклад тридцатисемилетнего доктора технических наук Исаака Семеновича Брука о механическом интеграторе, позволяющем решать дифференциальные уравнения до 6-го порядка, созданном под его руководством. Доклад вызвал большой интерес, – подобных вычислительных машин в СССР еще не было. Ученый решил сложную техническую задачу, – одних зубчатых колес в интеграторе имелось более тысячи! По современной классификации механический интегратор И.С. Брука – аналоговая вычислительная машина.

В том же году Брука избрали членом-корреспондентом АН СССР.

В годы Великой Отечественной войны И.С. Брук продолжал эти исследования. Но он также успешно работал над системами управления зенитным огнем, изобрел синхронизатор авиационной пушки, который позволил стрелять через вращающийся пропеллер самолета.

Интерес к автоматизации вычислений возник у И.С. Брука не случайно. Решая задачи в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники, он, как и С.А. Лебедев, пришел к выводу о необходимости создания цифровых вычислительных машин для обеспечения достаточно высокой точности сложных расчетов.

Схожесть биографий этих двух замечательных ученых поразительна! Оба родились в один год, учились в одном институте, “становились на ноги” как ученые в одной научной организации, оба занимались вопросами энергетики, от неё шли к вычислительной технике, оба стали руководителями ведущих научных школ в области цифровых вычислительных машин.

И.С. Брук первым в СССР (совместно с Б.И. Рамеевым) разработал проект цифровой электронной вычислительной машины с жёстким программным управлением (август 1948 г.). В это время машина подобного типа имелась лишь в США (ЭНИАК, 1946 г.).

И.С. Брук первым выдвинул и осуществил идею создания малых вычислительных машин для использования в научных лабораториях. В 1950–1951 гг. под руководством И.С. Брука была разработана малогабаритная электронная автоматическая цифровая машина М-1 (с хранимой программой). Основные идеи построения М-1 были предложены И.С. Бруком и Н.Я. Матюхиным, тогда молодым инженером, окончившим радиотехнический факультет МЭИ, впоследствии членом-корреспондентом АН СССР.

М-1 была запущена в опытную эксплуатацию в начале 1952 г., примерно одновременно с МЭСМ, созданной С.А. Лебедевым в Киеве.

Впоследствии М.А. Карцев вспоминал:

Первые задачи, которые решались на машине М-1, ставились академиком Сергеем Львовичем Соболевым. В то время он был заместителем по научной работе у академика Курчатова. На это чудо техники, которое давало 15–20 (не тысяч, не миллионов), а 15–20 операций в секунду над 23-разрядными числами и имело память емкостью в 256 слов, приезжали смотреть и президент Академии наук СССР А.Н. Несмеянов, и многие видные советские учёные и государственные деятели.

В 1952 г. лабораторией И.С. Брука была реализована машина М-2. Её разработку выполнила группа выпускников МЭИ, возглавляемая М.А. Карцевым. Производительность М-2 составляла в среднем 2 тыс. оп/с. В ней были применены обычные осциллографические электроннолучевые трубки в качестве элементов запоминающего устройства и полупроводниковые диоды в логических схемах, что значительно сократило число электронных ламп, потребляемую мощность и стоимость.

Летом 1953 г. была введена в эксплуатацию машина М-2. На ней проводились расчеты для Института атомной энергии и многих других научных и промышленных организаций. В то время в СССР такие задачи можно было решать только на трёх машинах – БЭСМ,

М-2 и “Стрела”.

Опираясь на опыт работ по М-1 и М-2, И.С. Брук в 1955–1956 гг. сформулировал концепцию малых ЭВМ и их отличия от машин предельной производительности (нынешних суперЭВМ). Эта концепция отражалась им в термине “малогабаритная машина”, который, конечно, не исчерпывал всех свойств малых ЭВМ. Первым решением задачи создания малых ЭВМ, поставленной И.С. Бруком, была разработка М-3, проведенная Лабораторией управляющих машин и систем АН СССР и НИИЭП в 1956–1957 гг. М-3 оперировала 30-разрядными двоичными числами с фиксированной точкой, имела двухадресный формат команд, память емкостью 2048 чисел на магнитном барабане и производительность 30 операций в секунду. При работе с ферритовой памятью той же емкости производительность М-3 возрастала до 1,5 тыс. оп/с. Она имела всего 770 электронных ламп и 3 тыс. купроксных диодов и занимала площадь 3 кв. м.

Машина М-3 предназначалась для проектных и исследовательских институтов и выпускалась серийно в Минске. М-3 послужила прототипом для двух промышленных серий ЭВМ – “Минск” и “Раздан”. В появившихся позже ЭВМ “Минск-2”, “Минск-3” и других машинах, выпускавшихся в Белоруссии и Армении, а также в первых венгерских и китайских ЭВМ были заметны гены М-1 и М-3.

В 1957 г. И.С. Брук сформулировал научную проблему “Разработка теории, принципов построения и применения электронных управляющих машин”. Для её решения в 1958 г. был создан Институт электронных управляющих машин АН СССР (ИНЭУМ), директором которого стал И.С. Брук. Постановка проблемы содержала систематизированное изложение основных направлений фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью электронных цифровых управляющих машин, создания систем управления, включающих в качестве звена человека-оператора, взаимодействующего с машиной, решения задач управления объектами.

В 1957 г. в ИНЭУМ коллектив, руководимый М.А. Карцевым, начал разработку электронной управляющей машины М-4, одной из первых транзисторных машин, предназначенных для управления в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций.

Другой разработкой ИНЭУМ, выполненной под руководством И.С. Брука, была управляющая машина М-7. Эта машина предназначалась для систем управления мощными теплоэнергетическими блоками электростанций. Она выполняла функции поддержания нормальных режимов работы энергоблока. Ориентация архитектуры машины на ожидаемые алгоритмы задач позволила выбрать технические решения, наилучшим образом отвечающие требованиям по быстродействию и надежности.

Вклад И.С. Брука в развитие отечественной вычислительной техники не был в достаточной степени оценен при его жизни. Ученики и коллеги И.С. Брука (Б.И. Рамеев, Н.Я. Матюхин, М.А. Карцев, Г.П. Лопато, Б.Н. Наумов), продолжая традиции его школы, создали свои коллективы и научные школы, сыгравшие значительную роль в становлении и развитии отечественной вычислительной техники.

6 октября 1974 г., спустя три месяца и три дня после смерти Сергея Алексеевича Лебедева, не стало и Исаака Семеновича Брука.

Б.И. Рамеев

В истории отечественной вычислительной техники Башир Искандарович Рамеев (1918–1994) был одним из самых выдающихся конструкторов. В юности, работая в Москве, в научно-исследовательском институте, которым руководил А.И. Берг (НИИ 108), Рамеев сделал несколько изобретений в области радиолокационной техники. В 1947 году Рамеев заинтересовался цифровой вычислительной техникой и познакомился с И.С Бруком. В мае 1948 года Башира Искандаровича зачислили инженером-конструктором в лабораторию Брука (Энергетический институт АН СССР), и эти два энтузиаста начали проектировать вычислительные машины.

За год совместной работы Брук и Рамеев подготовили и направили в Госкомитет более 50 (!) заявок на изобретение различных устройств ЭВМ. В августе 1948 г. был подготовлен их проект “Автоматическая цифровая вычислительная машина”. В декабре 1948 г. они подали заявку на изобретение под этим же названием и получили (в 1950 г.) авторское свидетельство № 10475, с приоритетом от 4 декабря 1948 года. Это было первое в нашей стране зарегистрированное изобретение в области цифровой вычислительной техники. К сожалению, эти проекты и изобретения не были своевременно реализованы на практике.

В 1949 году Б.И. Рамеев переходит на работу в СКБ-245 и становится главным конструктором ЭВМ “Стрела”. Разработку этой машины начали в марте 1950-го года, а в конце 1952 первый экземпляр был практически готов. Характеристики “Стрелы” были для того времени обычными: быстродействие – 2000 операций в секунду, оперативная память – 2048 слов, разрядность – 43. Машина трехадресная.

В короткие сроки Московский завод счетно-аналитических машин (САМ) освоил выпуск первых экземпляров машин “Стрела”, всего их было выпущено семь.

После завершения работ по “Стреле” Рамеев с удвоенной энергией берется за разработку машины “Урал-1”, которая на много лет стала потом “рабочей лошадкой” для многих вычислительных центров страны.



Для производства машин “Урал-1” был выделен завод в Пензе. В 1955 г. Башир Искандарович переехал в этот город вместе с группой талантливых молодых специалистов, работавших с ним в Москве в СКБ-245. Именно здесь, в Пензе, где он стал главным инженером и заместителем директора по научной работе НИИ математических машин, под его руководством в течение тринадцати лет одна за другой рождались и выпускались новые ЭВМ – “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-4”, а затем “Урал-11”, “Урал-14”, “Урал-16” – семейство совместимых ЭВМ, в котором воплотились его идеи, опережавшие в ряде случаев то, что было предложено за рубежом.

В 1960 году были начаты работы по созданию семейства полупроводниковых “Уралов”. В 1962 году была закончена разработка унифицированного комплекса логических элементов “Урал-10”, рассчитанного на автоматизированное производство.

Основные черты нового поколения машин были изложены в аванпроекте на семейство ЭВМ “Урал-11”, “Урал-14”, “Урал-16”. Он появился на полтора года раньше первых публикаций об американском семействе машин серии 360. Таким образом, идея создания семейства совместимых ЭВМ была высказана Рамеевым независимо от американских ученых и реализована практически одновременно.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

  • Лекция 5
  • И.С. Брук