ЭВМ первого поколения (1945-1955)

Конструирование первого электронного компьютера началось в 1943 г., проект получил название ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Computing, электронный цифровой интегратор и калькулятор. Он состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле, весил 30 т и потреблял 140 кВт электроэнергии, поддерживал 20 регистров на 10 разрядов для десятичных чисел. В 1946 г. проект был завершен. Однако первым рабочим компьютером считается машина EDSAC (1949 г.), которая была создана в Кембриджском университете Морисом Уилксом.

Примерно в это же время Джон фон Нейман разработал концептуальный подход для ЭВМ — «фон-неймановскую вычислительную машину», которая состояла из памяти, АЛУ, устройства управления, устройств ввода/вывода. Память включала в себя 4096 слов по 40 бит (слово содержало либо две команды по 20 бит, либо целое число со знаком 40 бит). Команды были одноадресные, длина кода команды составляла 8 бит и 13 бит — код адреса памяти (одно из 4096 слов). Внутри АЛУ находился регистр в 40 бит — аккумулятор, с помощью которого выполнялись все операции. Несколько позже появился проект «Whirlwind» по созданию ЭВМ для работы в реальном времени. Результатом этого проекта является память на магнитных сердечниках, которая позже позволила перейти к серийному выпуску ЭВМ.

В 1953 г. фирма IBM построила свой первый компьютер — IBM 701, в котором было 2048 слов по 36 бит; слово содержало две команды. После этой машины были выпущены ЭВМ IBM 704, в которых процессор выполнял операции с числами с плавающей запятой. Последний ламповый компьютер IBM-709 был выпущен в 1958 г.

Таким образом, ЭВМ первого поколения применяли логические схемы, построенные на основе электронных вакуумных ламп с нитью накала, а в ОЗУ использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), магнитные ферритовые сердечники. В качестве ВЗУ применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы. Тактовая частота работы ЭВМ была достаточно низкой — порядка сотен килогерц. Надежность работы ЭВМ не превышала нескольких десятков часов наработки на отказ. Основным пользователем ЭВМ был программист, который использовал ЭВМ для решения расчетных задач («большой арифмометр»).

Инструментальная среда применения ЭВМ — средства программирования для ЭВМ первого поколения практически отсутствовала. Все программы составлялись в машинных кодах, были привязаны к определенной модели ЭВМ. Это создавало узкую специализацию программистов, не обеспечивало переносимости программ на другие модели ЭВМ. В середине 1950;х гг. появились машинно ориентированные языки символического кодирования (ЯСК). В 1956 г. был создан язык программирования высокого уровня для математических задач ФОРТРАН, в 1958 г. — универсальный язык программирования АЛГОЛ. С другой стороны, результаты решения задачи были и территориально, и во времени отдалены от конечного пользователя (экономиста, управленца, технолога и т. п.).

В СССР в Институте электротехники АН УССР под руководством С. А. Лебедева в 1950 г. была создана первая отечественная универсальная электронно-счетная машина в континентальной Европе под названием МЭСМ. Она имела следующие характеристики:

¦ арифметическое устройство — универсальное, параллельного действия, на триггерных ячейках, представление чисел в двоичной системе счисления с фиксированной запятой, 16 двоичных разрядов (2 байта) на одно число плюс один разряд на знак;

¦ система команд — трехадресная, 20 двоичных разрядов на команду следующей структуры:

¦ виды операций — сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение с учетом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления, передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, останов;

¦ оперативная память — построена на триггерных ячейках, обеспечивала хранение 31 числа для данных и 63 для команд;

¦ постоянная память — рассчитана на 31 число для данных и на 63 команды;

¦ быстродействие — 3000 операций в минуту (полное время одного цикла составляло 17,6 мс; операция деления занимала от 17,6 до 20,8 мс);

¦ число электровакуумных ламп — около 3500 триодов и 2500 диодов;

¦ занимаемая площадь — не менее 60 м², потребляемая мощность — около 25 кВт;

¦ базовое устройство ввода данных с перфокарт, штекерная коммутация для постоянных параметров и управления ЭВМ. Внешняя память — магнитный барабан, хранящий до 5000 кодов чисел (команд). Для вывода использовалось электромеханическое печатающее устройство либо фотоустройство для получения данных на фотопленке.

Затем появились и другие модели отечественных ЭВМ: БЭСМ, «Стрела», «Урал» и т. д.

Первая модель семейства БЭСМ разработана в 1952 г. Быстродействие — 8−10 тыс. операций в секунду; внешняя память — магнитные барабаны и ленты (четыре лентопротяжных механизма по 30 000 слов); параллельное 39-разрядное АЛУ с плавающей запятой, выполнявшее 20 операций. На 1953 г. это была лучшая ЭВМ в Европе.

Электронно-вычислительная машина «Стрела» появилась в 1953 г. Ее главным конструктором был Ю. Я. Базилевский. Серийный выпуск налажен в 1953—1956 гг. Быстродействие машины составляло 2000 операций в секунду; элементная база насчитывала 6200 электровакуумных ламп, 60 000 полупроводниковых диодов; оперативная память была построена на ЭЛТ (2048 слов); длина слова — 43 двоичных разряда (из них отводилось 35 бит на мантиссу и 6 на экспоненту); ПЗУ было построено на полупроводниковых диодах, ВЗУ — на магнитной ленте; ввод данных — с перфокарт и магнитной ленты; вывод данных осуществлялся на магнитную ленту, перфокарты и широкоформатный принтер.

" Урал" - семейство цифровых ЭВМ общего назначения.

К их созданию приступили в 1955 г. под началом Башира Рамеева. Первая ЭВМ «Урал-1» — малая ЭВМ на ламповой основе: одноадресная система команд, быстродействие -100 операций в секунду; ОЗУ на магнитном барабане (1024 слова); ВЗУ — на магнитной ленте (40 000 слов); устройство ввода/вывода — перфолента (10 000 слов). Модели «Урал-2», «Урал-3» имели ОЗУ на ферритных сердечниках. Электронно-вычислительные машины «Урал-2», «Урал-3» и «Урал-4» программно и аппаратно совместимы между собой.