|
Второе поколение компьютеров создавалось в период с 1955 по 1964 г.
Важное событие, определившее возможность перехода на новую элементную базу в производстве компьютеров, произошло в 1926 году. Джулиус Эдгар Лилиэнфилд (Dr. Julius Edgar Lilienfield) получил патент под названием "Метод и прибор для управления электрическими токами" (Method and apparatus for controlling electric currents), а почти 20 лет спустя, в 1945 году, специалисты компании Bell Laboratories начали изучение полупроводниковых материалов, что в конечном итоге вылилось в создание первого точечного германиевого транзистора. Дальнейшие
исследования поупроводниковых материалов привели к созданию плоскостных кремниевых транзисторов.
Успехи полупроводниковой технологии и связанные с этим возможности совершенствования структуры компьютеров, расширения выполняемых фу
ций и усложнения решаемых задач привели к смене элементной базы. Запоминающие устройства на магнитных сердечниках, магнитных барабанах и магнитных лентах вытеснили полностью запоминающие устройства на электронно-лучевых трубках и ртутных ультразвуковых линиях задержки, применяемых в компьютерах первого поколения.
 
Оперативное запоминающее устройство на
магнитных сердечниках.
Сначала лампы были заменены в оперативной памяти, затем в арифметическом и управляющем устройствах германиевыми диодами, позже в оперативной памяти стали применяться феррит-диодные ячейки, позволявшие реализовать логические фу
ции управления памятью, а в арифметическом и управляющем устройствах - транзисторы.
 
Блок ЭВМ, и триггер управления БЭСМ1,
выполненные на феррит-транзисторных элементах.
В 1953 году В Массачусетском технологическом институте был разработан первый экспериментальный компьютер на транзистарах ТХ-0 (в 1955 году он был введен в эксплуатацию).
Компьютер TX-0
Подчеркнем основные особенности компьютеров 2-го поколения:
-Переход на полупроводниковую элементную базу повысил надежность вычислительных систем, произошло уменьшение габаритов и энергопотребления, снизилась стоимость компьютера в целом и стоимость выполнения одной операции, возник новый критерий оце
и компьютера - цена/производительность.
-В связи с переходом на ферриты в схемах оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) произошло удешевление ОЗУ и системы управления памятью, увеличился объем оперативной памяти. В арифметическое устройство стали встраиваться сверхбыстрые запоминающие устройства- регистры на транзисторах.
-Появляется новый тип команд, связанный с применением регистров. Расширяется количество устройств ввода/вывода.
-Появляются внешние запоминающие устройства на магнитных лентах, магнитных барабанах, магнитных дисках, магнитных картах.
Внешнее запоминающее устройство
на сменных магнитных дисках
Лентопротяжные механизмы для ввода
данных и вывода на магнитные ленты
Кроме устройств считывания и записи на перфоленты появляются устройства вывода на алфавитно-цифровые печатающие устройства, вывод на телетайп, прием и передача данных по телеграфу.
Алфавитно-цифровые печатающие устройства
-Общее устройство управления становилось слишком большим, поэтому появляются дополнительно местные устройства управления.
-Развиваются языки высокого уровня (Алгол60, Кобол, Фортран2) и трансляторы к ним. Компьютеры стали широко использоваться для экономических расчетов.
-Появляется пакетная обработка данных. В компьютерах первого поколения вручную выполнялись операции ввода программы и вывода результатов. Во втором поколении применение запоминающих устройств на магнитных лентах позволяло записывать на магнитной ленте несколько программ, которые автоматически выполнялись в компьютере одна за другой и в той же последовательности результаты записывались на другую ленту. Этот вид обработки получил название пакетной обработки. Пакетный режим работы больших
универсальных компьютеров второго поколения лишал пользователя непосредственного общения с вычислительной системой, подготовленные к решению программы передавались оператору, оператор вводил программу в компьютер, получал результат и передавал его пользователю, после чего пользователь вносил изменения в программу и вновь передавал ее оператору, процесс отладки был сложным.
-В 1951 году М.Уилкс и Д.Стринджер обнародовали идею микропрограммного управления, но только в 1957 году был построен первый компьютер EDSAC-2 c микропрограммным управлением. Сущность микропрограммного управления состоит в том, что любая машинная операция выполняется как последовательность микроопераций.
В 1955 году Белл лаборатория (Bell Laboratories) анонсировала первый полностью транзисторный компьютер TRADIC.
Компьютер TRADIC.
В 1957 году был выпущен первый специализированный бизнес-компьютер корпорацией NCR под названием NCR304.
С первых лет появления компьютеров они применялись не только для расчетов, но и для управления производственными процессами. Компьютеры управляли процессами в доменных печах, прокатных станах, управляли военными обьектами.
В 1958 была создана система SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), осуществлявшая объединение радарных станций США и Канады в первую крупномасштабную компьютерную сеть.
Оператор осуществлет управление
при помощи светового пера.
Воздушная система защиты базировалась на компьютере AN/FSQ-7, известном как Whirlwind II (Вихрь II), компьютер потреблял мощность 1 Мегаватт для питания 55000 электронных ламп, 175000 диодов, 13000 транзисторов.
1959 году был создан первый мини-компьютер, компьютер, предназначенный для управления технологическими процессами, с обработкой информации о протекающем процессе, под названием PDP1, разработанный корпорацией DEC (Digital Eguipment Corporation).
Компьютер PDP1
Мини компьютеры отличаются от компьютеров общего назначения и от специализированных компьютеров, специально предназначенных для управления производственными процессами. Основными особенностями мини-компьютеров являются:
-использование общей шины;
-модульность структуры - компьютер состоит из отдельных, конструктивно оформленных модулей, каждый модуль выполняет определенные фу
ции, структуру компьютера можно изменять присоединением дополнительных модулей к общей шине;
-укороченное слово, так как датчики, поставляющие данные для обработки не имели достаточно высокой точности измерений, кроме того, такая высокая точность не требовалась для управления большинством объектов;
-уменьшенный обьем оперативной памяти;
-передовая технология;
-простая и дешевая периферия;
-меньший объем программного обеспечения;
-низкая стоимость.
В итоге соотношение цена/производительность у мини-компьютеров значительно ниже, чем у универсальных компьютеров. Мини-компьютеры прошли долгий путь развития от простейших до супермини-компьютеров.
Переход к полупроводниковой технологии позволил значительно уменьшить габариты и потребляемую компьютером мощность. Быстродействие, надежность и скорость вычислений повысились в несколько раз, транзисторный компьютер IBM 7090 позволил решать задачи в 5 раз быстрее, чем его ламповый аналог IBM 709.
В СССР в 1961 г. был начат серийный выпуск первой полупроводниковой вычислительной машины "Раздан 2". Машина была предназначена для решения научно-технических и инженерных задач, не требовавших высокой производительности (скорость вычислений - до 5 тысяч операций в 1 секунд). Оперативное запоминающее устройство было выполнено на ферритовых сердечниках. Для расширения круга решаемых задач, требующих большого объема памяти, в машине предусмотрно внешнее запоминающее устройство — накопитель
на магнитной ленте.
ЭВМ "Раздан2"
В 1967 году в России была создана самая мощная вычислительная машина семейства БЭСМ - БЭСМ6, высокопроизводительная и оригинальная по архитектуре отечественная вычислительная машина на транзисторной элементной базе. Это была вычислительная машина мирового уровня.
Вычислительная машина БЭСМ6
В БЭСМ6 использовалось 60 тысяч транзисторов и 200 тысяч полупроводниковых диодов. Для обеспечения высокой надежности использовался режим работы приборов с большим запасом по мощности. БЭСМ6 имела исключительно высокое для своего времени быстродействие - 1 млн. операций в сек., обладала отличным коффициентом отношения производительности к стоимости вычислений.
В структуру компьютеров второго поколения был введен специализированный процессор, управляющий обменом данных между устройствами ввода/вывода и основной памятью. Это управление осуществляется программой ввода/вывода, которая считывается из основной памяти и выполняется процессором ввода/вывода автономно. Для обеспечения возможности совместной работы процессора ввода/вывода и центрального процессора были введены прерывания работы центрального процессора по сигналу от процессора ввода/вывода.
Появились компьютеры со стеком. Это KDF9 фирмы Electrik (Великобритания) и В5000 фирмы Burroughs (США), выполняющие безадресные команды, стек использовался вместо регистра-аккумулятора, в него последовательно заносились данные, которые извлекались при выполнении операции, результат операции заносился в верхнюю ячейку стека. Машины такой конфигурации получили название стековых.
Компьютер фирмы Burroughs (США), 1960-1964гг.
 Компьютер фирмы UNIVAC
В апреле 1961 года был введен в строй компьютер FX1, разработанный Ли
ольновской лабораторией Массачусетского технологического института. Разработка носила экспериментальный характер и преследовала цель - достичь максимальных вычислительных возможностей за счет использования наиболее передовых достижений в технологии. В компьютере впервые в качестве основного запоминающего устройства была использована память на то
их магнитных пле
ах. Емкость памяти составляла 1024 числа из 13 двоичных разрядов. Полный цикл обращения к памяти составлял 0,37мксек. Пле
и были получены напылением в вакууме магнитного вещества на стеклянную подложку. Применение высокочастотных транзисторов позволило использовать тактовую частоту 50МГц, на порядок выше, чем стандартная тактовая частота компьютеров второго поколения.
В 1959 г. под руководством Н.П.Брусенцова на вычислительном центре Московского университета была разработана малая цифровая вычислительная машина, предназначенная для решения научно-технических и экономических задач средней сложности "Сетунь". В 1962-1964 ЭВМ выпускалась серийно. Интересной особенностью ЭВМ "Сетунь" является троичная симметричная система представления чисел (цифрами 1,0,-1) с фиксированной после второго разряда или плавающей (программированной) точкой с операциями
нормализации чисел(приведения к определенному виду) и сдвига. Возможно, это был единственный в мире компьютер, работавший в троичной системе счисления.
Сетунь
Считается, что запоминающий элемент с тремя состояниями наиболее оптимален для представления данных, но с машинами, работающими в двоичной системе счисления, работать оказалось проще, несмотря на неоптимальность. Разрядность представления чисел в запоминающем устройстве (ЗУ) составляла 18 троичных разрядов (длинное слово) или 9 разрядов (короткое слово), разрядность команд составляла 9 разрядов, структура команд была одноадресной с признаком модификации адресной части; количество операций - 24.
"Сетунь" имела 2 ступени памяти: память на магнитном барабане, емкостью 1944 или 3888 коротких слов, и оперативное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках, емкостью 162 коротких слова (пересылка из одного устройства в другое осуществлялось группами по 54 коротких слова). Выполнение арифметических и логических операций осуществлялось последовательно, но был введен отдельный блок для выполнения быстрого умножения. При работе с оперативным запоминающим устройством время выполнения
операции сложения - 180 микросекунд, умножения - 320 мксек, передачи управления - 100 микросекунд. Среднее время группового обращения к памяти на магнитном барабане - 7500 микросекунд. Ввод данных в машину осуществлялся с пятидорожечной бумажной перфоленты со скоростью 800 строк/сек. "СЕТУНЬ" имела два входных устройства (фотоввода). Вывод данных из машины осуществлялся на двухцветную печать со скоростью 7 знаков/сек. и на бумажную перфоленту - со скоростью 20 строк/сек (а также на телетайп).
Особенности структуры "СЕТУНЬ" предопределили принципы построения, получившие дальнейшее развитие в миниЭВМ.
К вычислительным машинам второго поколения относятся такие отечественные вычислительные машины, как Урал14, Урал16, Минск22, Минск23, Минск32, БЭСМ3, БЭСМ4, М220, М222, БЭСМ6, МИР2, Наири и др.
Цифровая электронная вычислительная машина "Минск23"
Цифровая электронная вычислительная машина "Минск23" была предназначена для работы в системе организации производства, а также для решения таких планово-экономических задач, как оперативный учет производства, начисление зарплаты, составление бухгалтерских сводок и т. д. Машина позволяла решать также инженерные, научно-технические и технологические задачи.
Быстродействие БЭСМ4, М220, М222 порядка 20-30 тыс. оп/сек. У БЭСМ6 быстродействие около миллиона операций в секунду и память от 32 Кслов до 128 Кслов (в большинстве машин использовалось два сегмента по 32 Кслова каждый).
Для массового использования вычислительной техники необходимы были новые технологии, допускающие непосредственную работу нескольких пользователей с компьютером. В компьютерах следующего поколения для работы с одним процессором нескольких пользователей, к компьютеру подключались терминалы и специальная программа обеспечивала общение в диалоговой форме. При соответствующей организации системы создавалась видимость того, что каждый пользователь имеет собственный компьютер. Этот режим
работы называют мультипрограммным с разделением времени. На обслуживание каждого запроса пользователя выделяется определенный квант времени, временной интервал выбирается таким образом, чтобы промежутки между интервалами активности программ пользователя были минимальными. Эффективность эксплуатации систем в режиме разделения времени возрастает в 3 -7 раз.
Среди серийных моделей универсальных компьютеров следует отметить компьютеры "Гамма60" и "Атлас".
Опытный образец компьютера "Гамма60" был изготовлен французской фирмой "Буль" в 1959 году.
Компьютер "Гамма 60"
Компьютер состоял из центрального блока и набора устройств, не связанных друг с другом, и связанных только с центральным блоком. Набор устройств включает четыре независимых устройства обработки данных (арифметического, логического, устройства сравнения и устройства преобразования кодов). Компьютер имел внешние запоминающие устройства на магнитных барабанах и лентах, устройства ввода с перфокарт и устройство вывода на перфокарты и печать.
Каждое автономное устройство имело устройство управления, которое посылало запросы центральному устройству управления на обмен с оперативным запоминающим устройством и осуществляло последнюю фазу дешифрации команд, перед их выполнением. В состав автономных устройств управления входили регистры для хранения адреса следующей команды, регистры для хранения исходных адресов исходных данных и регистр для связи с оперативной памятью. Центральный блок состоял из центрального устройства
управления и оперативного запоминающего устройства. Устройство управления являлось распределителем программ. Каждое автономное устройство посылает сигналы о выполнении текущей команды, в ответ на которые центральное устройство управления направляет новые команды на выполнение. При одновременном поступлении запросов работала система приоритетов.
Центральный блок производил опережающую обработку запросов, в результате чего в оперативном устройстве создавалась очередь команд, подготовленных к выполнению. В результате компьютер "Гамма60" достиг быстродействия до 100 тыс. оп/сек. В компьютере использовалось 15 тыс. транзисторов, 200 тыс. германиевых диодов и 400 ламп. Возможности компьютера при обработке экономической информации иллюстрирует такой пример. Первый экземпляр компьютера "Гамма60" был установлен в вычислительном центре
Национального объединения французских железных дорог и использовался для расчета заработной платы для 250 тысяч рабочих и служащих. Ранее эта работа выполнялась пятью машиносчетными станциями, в состав оборудования которых входило 40-50 перфорационных вычислительных комплексов и несколько ламповых компьютеров.
Компьютер "Атлас" был разработан под руководством Т.Килбурна в Манчестерском университете совместно с фирмой "Ферранти" и в 1961 году был установлен в университете.
Компьютер "Атлас"
В компьютере "Атлас" впервые была применена страничная организация машинной памяти, получившая широкое распространение в универсальных компьютерах 60 годов. Для хранения постранично организованных массивов данных использовалось оперативное запоминающее устройство, выполненное на ферритовых сердечниках и состоящее из модулей памяти (до 64) емкостью по 4096 слов и внешнее запоминающее устройство на магнитных барабанах (до 16), емкость каждого из них 24576 слов (48 страниц) и запоминающее
устройство на магнитных лентах (до 32 блоков). Важной особенностью машины было также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) на ферритовых сердечниках. Максимальная емкость ПЗУ составляла 64 модуля по 8192 слова.
Общий вид компьютера"Атлас"
В ПЗУ также использовалась страничная организация. Высокое номинальное быстродействие компьютера (700-900тыс. оп/сек.) было достигнуто за счет использования мультипрограммного управления ( в компьютере одновременно могло выполняться до 4 команд), за счет применения высокочастотных транзисторов и высокой скорости работы арифметического устройства, внутренних запоминающих устройств и внешних устройств.
Том Килбурн за компьютером "Атлас"
В первом экземпляре компьютера использовалось 4 модуля оперативного запоминающего устройства, четыре магнитных барабана, восемь лентопротяжных механизмов, использовалось 50 тысяч транзисторов и 250 диодов.
Среди компьютеров второго поколения появились и первые суперкомпьютеры, предназначенные для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений.
Это LARC фирмы UNIVAC, Stretch фирмы IBM и "CDC-6600" фирмы Control Data Corporation, в них были применены методы параллельной обработки (увеличивающие число операций, выполняемых в единицу времени), конвейеризация команд (когда во время выполнения одной команды вторая считывается из памяти и готовится к выполнению) и параллельная обработка нескольких программ. Компьютеры, выполняющие параллельно несколько программ при помощи нескольких микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем.
В годы с 1955 по 1961 в США фирмой IBM разрабатывался проект "Stretch", оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В проекте были воплощены все известные к 1960 году структурные принципы повышения производительности, такие как:
-совмещение операций, характерное для мультипрограммирования;
-разделение времени работы различных блоков и устройств, выполняющих одну команду;
-cовмещение во времени подготовки и выполнения нескольких команд одновременно;
-параллельное выполнение нескольких независимых программ.
1959г. IBM-7030 - Stretch (на заднем плане)
Совмещение во времени процесса выполнения нескольких последовательных команд одной программы осуществлялось при помощи опережающего устройства, согласующего работу оперативного запоминающего устройства и арифметического блока. Система регистров опережающего устройства получает операнды из оперативной памяти и команды, которые хранятся в буферном устройстве до их выполнения арифметическим устройством. В эти же регистры записываются результаты операций. В опережающем устройстве на
разных стадиях выполнения могло находиться до 11 команд.
Оперативная память была разбита на 6 отдельных модулей на магнитных сердечниках емкостью по 16384 слова (по 64 разряда), полный цикл обращения к памяти составлял 2,1мксек. Модули памяти могли работать одновременно, их количество можно было увеличить до 16. Чтобы за время выполнения одной операции можно было параллельно работать с другими данными, последовательно возрастающие адреса ячеек памяти располагались в последовательно расположенных блоках.
С независимыми программами, выполняющимися одновременно, могло работать центральное устройство обработки данных, каналы ввода/вывода, устройство управления внешней памятью на магнитных дисках.
Типовая структура компьютера включала два устройства дисковой памяти. Емкость каждого из стройств составляла 2 млн. слов, а среднее время доступа к любой ячейке составляло 150мксек.
Система команд включала более шестисот операций. По количеству схемных элементов "Stretch" значительно превосходит все ранее разработанные универсальные компьютеры. Всего в схемах компьютера использовалось 169 тысяч транзисторов. Применение высокочастотных транзисторов позволило получить высокое быстродействие. Тактовая частота составляла 10МГц. Сложение 64 разрядных двоичных чисел с плавающей точкой выполнялось за 1,5 мксек., умножение за 2,7мксек. Всего было выпущено пять экземпляров
компьютера "Stretch".
Наряду с компьютерами фирмы IBM мощные вычислительные системы разрабатывались и другими фирмами. Наиболее мощной вычислительной системой, разработанной до 1965 года был компьютер ", Control Data Corp. 6600".
Модуль связи для мультипроцессорной системы CDC 6600
Компьютер CDC-6600
Разработка проекта была начата в 1957 году по заказу Комиссии по атомной энергии США. В состав системы входило 11 устройств обработки данных, в том числе центральный процессор и 10 компьютеров-спутников. Каждый компьютер-спутник имел оперативное запоминающее устройство емкостью 4096 слов по 12 двоичных разряда. Мультипроцессорная организация позволяла эффективно совмещать во времени работу отдельных компонентов системы. Центральное оперативное запоминающее устройство со временем обращения 1мксек
состояло из 32 блоков по 4096 60 разрядных слов. Одновременно можно было производить выборку 10 слов, что равносильно снижению времени обращения к запоминающему устройству в 10 раз (до 100нсек.). Совмещение во времени внешних устройств с центральными осуществлялось при помощи запоминающих устройств компьютеров-спутников. Центральный процессор состоял из 10 независимых блоков, каждый из которых был предназначен для выполнения определенной операции (суммирование, умножение, деление, логические
операции и т.д.). Эти блоки могли работать параллельно, увеличивая производительность системы. В состав центрального процессора входило сверхоперативное запоминающее устройство на транзисторах, оно состояло из 32 регистров для хранения команд, 24 регистров для хранения адресов, операндов и промежуточных результатов. Для решения сложных задач могло использоваться несколько машин-спутников, центральный процессор и центральное запоминающее устройство. Мультипроцессорная организация
обеспечила высокое номинальное быстродействие (3млн. оп/сек.), что в 20 раз выше, чем номинальное быстродействие компьютера "Stretch".
Компьютер "CDC 6600" использовался при решении научных задач в области ядерной физики. Первый экземпляр компьютера был установлен вычислительным центром " Control Data Corporation" в августе 1964 года в г. Лос-Анжелес. К середине 1965 года было введено еще три экземпляра, один из них был установлен в Европейском центре ядерных исследований. Еще пять компьютеров были установлены в крупнейших атомных научных центрах США.
Источники информации:
1.http://www.computerhistory.org/timeline/
topics/computers.page
Timeline of Computer History
2.http://perso.clab_internet.fr/febsm/english/
bull_computers_bibliography.htm
3. http://parallel.ru/history/besm6.html
Архитектура ЭВМ БЭСМ-6
4. http://www.mailcom.com/besm6/koi8.shtml
5. http://www.osp.ru/os/1999/02/12.htm
Школа Б.И.Рамеева, универсальные ЭВМ
|
