ПОКОЛЕНИЯ, ПОКОЛЕНИЯ...
В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин, в основу которой положен физико-технологический принцип. В соответствии с этим принципом машину относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней физических элементов или от технологии их изготовления. Из сказанного видно, что правильнее говорить не о периодизации, а о классификации: границы поколений в смысле времени сильно «размыты», так как в одно и то же время фактически выпускались машины раз-личных типов;
для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.
Первое поколение охватывает все первые вычислительные машины, использовавшие ламповые триггеры и прочие ламповые элементы. Развитие машин первого поколения завершилось в основном к середине 50-х годов. Выпускались они, разумеется, значительно дольше и эксплуатировались до самого последнего времени.
Характерными чертами машин первого поколения можно считать не только использование электронных ламп в триггерах и вспомогательных усилительных схе-
198
мах, но и некоторые другие особенности, которые частично сохранились и в последующих поколениях: параллельное арифметическое устройство; разделение памяти машины на быстродействующую оперативную ограниченного объема, выполненную на электронно-лучевой трубке или (позже) на ферритовых сердечниках, и медленную внешнюю очень большого объема, использовавшую магнитные барабаны и ленты; полупроводниковые диоды и магнитные сердечники в логических элементах машины; перфолента и перфокарта как внешний носитель информации при вводе и выводе данных. Типичное (среднее) быстродействие машин первого поколения измерялось десятками тысяч арифметических операций в секунду.
Начиная с середины 50-х 'годов на смену ламповым машинам пришли транзисторные машины второго поколения, в которых основными элементами были полупроводниковые триоды — транзисторы.
1 июля 1948 года на одной из страниц «Нью-Йорк тайме», посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Браттэйн создали первый действующий транзистор. Это был точечноконтактный прибор, в котором два металлических «усика» контактировали с бруском из поликристаллического германия.
Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую в 1938 или 1939 году начал физик-теоретик Уильям Шокли. Впрочем, если быть точнее, история транзистора началась гораздо раньше. Еще в 1906 году француз Писар предложил кристаллический детектор, затем в 1922 году советский радиофизик О. В. Лосев показал возможность усиления и генерирования колебаний с помощью таких детекторов. Спустя три года профессор Лейпцигского университета Юлиус Лилиенфельд попытался создать усилительный полупроводниковый прибор. Однако эти эксперименты были забыты. О них вспомнили лишь после того, как транзистор завоевал всемирное признание. Произошло это, кстати, довольно быстро: после нескольких лет поисков технологии изготовления полупроводниковых приборов и изобретения новых конструкций (в част-
199
ности, плоскостного транзистора, запатентованного У. Шокли в 1951) целый ряд американских фирм приступил к серийному выпуску транзисторов, которые на первых порах использов.ались в основном в аппаратуре радио и связи. Примерно в 1956 году появляются первые транзисторные ЭВМ.
Транзисторные машины обладали значительно более высокой надежностью, чем их ламповые «родители», меньшим потреблением энергии, более высоким быстродействием, которое достигалось не только за счет повышения скорости переключения счетных и запоминающих элементов, но и за счет изменений в структуре машин. Для наиболее мощных машин второго поколения, таких, как «Стретч» (США), «Атлас» (Англия), БЭСМ-6 (СССР), характерен высокий параллелизм в работе отдельных блоков, начиная от «перекрытия» времени выполнения отдельных команд и кончая параллельным выполнением двух или более последовательных команд из одной программы или из разных программ, что позволило достичь быстродействия в миллион операций в секунду!
Дальнейшее увеличение быстродействия ЭВМ тормо зилось конструктивным выполнением электронных схем машин, которые собирались из отдельных элементов — резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Препятствием увеличению скорости работы вычислительной машины служит недостаточная скорость распространения электромагнитных сигналов, сравнимая со скоростью света. Как известно, скорость света составляет 3-Ю10 см/с. Если переключательный элемент будет работать со скоростью 109 переключений в секунду, то за время переключения сигнала успеет пройти около 30 сантиметров, тогда как расстояние между элементами может оказаться в 2—3 раза большим. Весь выигрыш в скорости переключения окажется «съеденным» временем передачи сигнала.
Дальнейшая миниатюризация конструктивных элементов затрудняется необходимостью работы с каждым в отдельности: например, к каждому транзистору нужно припаять три вывода. Выходом из этих затруднений явилась интегральная технология, позволившая объединить в одном электронном приборе несколько ячеек «и», «или» или триггеров. Такие малые интегральные схемы (МИС) явились отличительным признаком машин тре-
200
тьего поколения, временем возникновения которых можно считать годы от 1965 до 1970-го.
Развитие интегральной технологии привело » тому, что в
начале 70-х годов научились изготавливать интегральные схемы, содержащие до 50 вентилей, несколько десятков триггеров и т. д. Каждая такая средняя интегральная схема может быть использована как отдельная операционная схема ЭВМ — регистр, счетчик, дешифратор- и т. д. Применение средних интегральных схем характеризует четвертое поколение вычислительной техники, которое, вероятно, скоро достигнет расцвета.
Наряду с повышением скорости выполнения арифметических операций и увеличением «памяти» машин шло совершенствование устройств ввода-вывода данных. Разрабатывались принципиально новые средства, связанные с новыми применениями и ростом быстродействия ЭВМ.
На смену устройств, основанных на использовании перфорационных карт, электрифицированных машинок и телетайпов, пришли бесконтактные клавиатуры, панели графического ввода, читающие автоматы, дисплей со световым карандашом, плазменные панели, растровые графические системы и т. д.
Конечно, развитие вычислительной техники идет не только по линии изменения элементно-технологической базы. Возникновение и развитие машин второго и третьего поколений сопровождалось появлением новых идей по структуре вычислительных машин (или компьютеров — этот термин в последнее время приобретает все более широкое распространение), программированию, использованию и эксплуатации вычислительных систем и т. п. Но для того чтобы хотя бы кратко рассказать об этих идеях, потребовалась бы еще одна книга, не меньшего объема, чем эта *. Мы ограничимся поэтому лишь высказыванием крупного голландского специалиста в области программирования и численных методов Дийк-стры: «Для появления джентльмена, по убеждению ан-
• Читатель, вероятно, заметил, что по мере приближения к нашему времени, книга все больше и больше «худела». Такое «исхудание» соответствовало целям авторов — мы не стремились рассказать об идеях современной вычислительной техники, а лишь подвести читателя к тому моменту в ее истории, когда эта техника вступила в свои права. Мы надеемся обратиться к этой теме в других своих книгах.
201
гличан, нужны три благородных поколения; очевидно, это справедливо и для вычислительных машин...»
Что же будет после того, как окончится век «машин-джентльменов»?
Пятое поколение — это Большие Интегральные Схемы (БИС), целые вычислительные машины в кубике размером 30 X 30 X 30 миллиметров, быстродействие, близкое к скорости света, компьютеры с искусственным интеллектом, электронный мозг, который...
Стоп! Здесь, наверное, самое время еще раз обратиться к художественной литературе, неоднократно выручавшей нас ранее. Вот что писал по сходному поводу Алексей Николаевич Толстой:
«Честность, стоящая за моим писательским креслом, останавливает разбежавшуюся руку: «Товарищ, здесь ты начинаешь врать, остановись—поживем, увидим. Поставь точку» («Ибикус, или Похождения Невзорова»),
НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ. ЗАКЛЮЧАЮЩИЕ КНИГУ
Первая электронная вычислительная машина использовалась в 1945 году для баллистических расчетов, предсказаний погоды и некоторых научно-технических вычислений.
Спустя двадцать лет досужие сотрудники американского журнала «Компьютере энд аутомейшн» насчитали уже свыше 600 областей применения ЭВМ.
А в июльском номере 1973 года этот же журнал опубликовал перечень 2500 «профессий» компьютеров, в том числе 1300, относящихся к деятельности коммерческих фирм и государственных органов, 900 — в области науки и техники, 200—на производстве и 100—в гуманитарных науках.
Удивительно?
Да, удивительно. Но и закономерно.
Удивительно потому, что даже самые смелые футурологи и самые дерзкие писатели-фантасты не смогли предугадать столь бурного развития вычислительной техники, столь неудержимого проникновения компьютеров во все сферы человеческой деятельности.
А закономерно потому, что когда в обществе возникает техническая потребность, то она, по выражению Ф. Энгельса, двигает науку вперед быстрее, чем дюжина университетов.
Потребность человеческого общества в вычислительных машинах — одна из характерных черт современной научно-технической революции.
30—40 тысяч лет назад человек научился добывать и поддерживать огонь, но лишь примерно в середине
203
XVIII столетия он смог использовать это умение для создания первых паровых машин. Промышленная революция конца XVIII — начала XIX века самым радикальным образом преобразовала производство. Руки и физическую силу человека постепенно заменили механизмы, машины, станки. Научное и промышленное применение электричества, разработка и использование приборов и средств автоматизации позволили уже в наш век не только механизировать, но и автоматизировать многие технологические процессы.
По данным академика А. И. Берга, 99 процентов всей полезной работы, выполняемой на земле, осуществляется в настоящее время машинами и лишь один процент — механизированной рабочей силой.
Быстрое нарастание объема информации, связанное с бурным развитием науки,, усложнением техники и технологии, ускорением темпов развития производства и общественной жизни, привело к такому же увеличению затрат нервной энергии и умственного труда. В ряде случаев (особенно в сфере управления производством, экономическими и социальными процессами) уже невозможно обходиться без совершенных технических средств, способных взять на себя часть интеллектуальной работы.
Смысл сегодняшней автоматизации и состоит в передаче автоматам значительной доли информационной деятельности человека: восприятие обстановки, понимание знаков, способность рассуждать, сопоставлять, оценивать, ставить цели, принимать решения и находить пути к их достижению.
Таким универсальным «информационным автоматом» и стала ЭВМ. Широкое применение компьютеров прямо или косвенно воздействует на все стороны жизни общества, причем чрезвычайно многообразные последствия этого воздействия можно разделить на две группы. К первой относятся процессы, возникающие из самой сущности науки и техники как средств активизации человеческой деятельности. Вторую образуют процессы, зависимые от социальных условий и, следовательно, различные для капиталистических стран и стран социализма.
Автоматизация в мире капитала — это средство усиления эксплуатации. Она выбрасывает из сферы труда рабочих и служащих, делая их так называемыми техно'
204
логическими безработными, обрекает массу людей на физическую и интеллектуальную деградацию. Главная цель капиталистического производства — извлечение прибыли, этой цели подчинены темпы и ритмы трудового процесса. Капиталиста не интересует, что происходит с человеком в системе «человек — машина», его интересует только одно: как, каким образом с помощью этой системы добиться интенсификации производства для получения сверхприбыли.
Если человек в этой си стеме становится лишним звеном, тем хуже для него.
Так, в мире капитала «новые, до сих пор неизвестные источники богатства благодаря каким-то странным непонятным чарам превращаются в источники нищеты. Победы техники как бы куплены ценой моральной деградации. Кажется, что по мере того, как человечество подчиняет себе природу, человек становится рабом других людей, либо же рабом своей собственной подлости» (К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 12, с. 4).
Совершенно иначе обстоит дело в социалистическом обществе.
Здесь автоматизация как физического, так и умственного труда имеет своей целью облегчение его условий, создание такой ситуации, когда в максимальной степени проявляются творческие способности человека, устранение однообразных и утомительных операций и изменение тем самым характера самой производственной деятельности человека. При этом ЭВМ органически входит в основные технические средства создания материально-технической базы коммунизма.
Злоключения и машины сэра Сэмюэла . . Новые действующие лица в старой истории