машина (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. Термин машина означает устройство, выполняющее механические движения. Современные компьютеры не являются машинами, название сохранилось за ними от простых счётных машин.
Кроме дороговизны, были у первых электронных компьютеров и другие недостатки:
большой электронный механизм требовал много электроэнергии и выделял много тепла;
программное обеспечение в компьютере практически отсутствовало;
количество команд, которые выполнял такой компьютер, было небольшим;
выполнение действий было медленным, крайне мало было оперативной памяти.
Принцип работы электронной лампы следующий. Если на вход лампы подается логическая единица (например, напряжение 2 Вольта), то на выходе с лампы мы получим либо логический ноль (напряжение менее 1В), или логическую единицу (2В). Логическую единицу получим, если управляющее напряжение отсутствует, так как ток беспрепятственно пройдет от катода к аноду. Если же на сетку подать отрицательное напряжение, то электроны, идущие от катода к аноду, будут отталкиваться от сетки, и, в результате, ток протекать не будет, и на выходе с лампы будет логический ноль. Используя этот принцип, строились все логические элементы ламповых ЭВМ
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития ПО.
Первый действующий транзистор был биполярным, и создали его в 1947 году ведущие специалисты Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн из фирмы «Bell Labs». Официальная демонстрация устройства состоялась 23 декабря 1947 года, и именно эта дата считается официальным днем изобретения транзистора.
Первый биполярный транзистор представлял собой прибор, в котором два металлических контакта соединялись с бруском из поликристаллического германия.
увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.
или же малые интегральные схемы.
ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. 1 ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. 1 кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный «Эниак». А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.
Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру(архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.
Производительность 108 – 109 операций в секунду. Для пятого поколения характерны многопроцессорные структуры созданные на упрощенных микропроцессорах, которых очень много (решающие поля или среды). Создаются ЭВМ ориентированные на языки высокого уровня.
В этот период существуют две диаметрально противоположных тенденции: персонификация ресурсов и коллективизация ресурсов (коллективный доступ - сети).
Благодаря операционной системе, обеспечивающей простоту общения с этой ЭВМ, большой библиотеке прикладных программ по различным отраслям человеческой деятельности, а также малой стоимости ЭВМ становится необходимой принадлежностью инженера, исследователя, экономиста, врача, агронома, преподавателя, редактора, секретаря и даже ребенка. Элементной базой ЭВМ 5 поколения остаются СБИС.
Как известно, за рубежом принципы компьютеростроения и электронного счета разработал фон Нейман, классическая архитектура компьютера так и называется «фон Неймановская». Научный подвиг Лебедева заключается в том, что в условиях информационной замкнутости тех лет Сергей Алексеевич пришел к тем же выводам, что и фон Нейман, но на полгода раньше.
Разработанные теоретические выкладки позволили Сергею Алексеевичу перейти к практической работе. Первым значимым результатом стала Малая электронная счетная машина (МЭСМ). В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построеия компьютеров, такие как:
- Наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;
- Кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;
- Двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;
- Автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;
- Наличие как арифметических, так и логических операций;
- Иерархический принцип построения памяти;
- Использование численных методов для реализации вычислений.
В 1951 году она была принята комиссией в эксплуатацию, а в 1952 году на ней уже решались важные научно-технические задачи из области термоядерных процессов, космических полетов, ракетной техники, дальних линий передач и прочего. В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась МЭСМ, сохранилась конструкторская документация и папки с материалами о первой отечественной ЭВМ, большая часть из которых составлена С.А.Лебедевым.
В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. В этом году развернулась разработка первого в СССР проекта цифровой электронной вычислительной машины. В августе 1948 года совместно со своим сотрудником молодым инженером Б.И.Рамеевым (в дальнейшем известным конструктором вычислительной техники, создателем серии "Урал") он представил проект автоматической вычислительной машины. В октябре того же года ими были представлены детально проработанные предложения по организации в Академии наук лаборатории для разработки и строительства цифровой вычислительной машины.
Чуть позднее Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство выдал И.С.Бруку и Б.И.Рамееву Авторское Свидетельство за №10475 на изобретение цифровой вычислительной машины с приоритетом от 4 декабря 1948 года. Это первый официально зарегистрированный документ, касающийся развития вычислительной техники в нашей стране. Этот день мы с полным правом можем объявить днем рождения российской информатики.
Вскоре, однако, Рамеева призвали в армию и темпы создания ЭВМ замедлились.
Работы В.М. Глушкова составили тот теоретический фундамент, на основе которого в Киеве были разработаны новые принципы построения ЭВМ. Эти новые принципы построения ЭВМ развитой архитектурой и повышенным уровнем "интеллектуальности" были воплощены в известных в свое время машинах КИЕВ, ДНЕПР-2 и серии машин МИР. Машины серии МИР предвосхитили многие черты персональных ЭВМ, появившихся много позже. О большинстве разработок, выполненных по идеям В. М. Глушкова. можно сказать, что они были выполнены впервые. Среди них — дистанционное компьютерное управление конвертерным цехом металлургического завода и химическим производством, оптимальный раскрой стальных листов на судостроительных верфях, автоматизированное управление целыми промышленными предприятиями. Виктору Михайловичу принадлежит приоритет в выдвижении идеи однократного ввода данных в системы обработки информации и информационные системы. Эта идея лежит в основе метода "безбумажной технологии", когда исключается необходимость в многочисленном потоке документов, подготавливаемых вручную, что приводит ко всякого рода ошибкам, припискам, искажениям. Информация, циркулирующая в сетях передачи данных, хранящаяся в базах данных и знаний, оказывается куда более защищенной от искажений и утайки, чем та, которая циркулирует в обычном документообороте. Глушков верил, что эра "безбумажной технологии" наступит очень быстро. И его прогноз постепенно становится реальностью.
В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительная машина ''Киев'', имевшая производительность 6 - 10 тыс. операций в секунду. ЭВМ ''Киев'' впервые в нашей стране использовалась для дистанционного управления технологическими процессами.
