Материал опубликован - 28/06/2002
История первых ЭВМ,
или
Они были первыми
Введение
Как-то раз, стоя в магазине, точнее крупном компьютерном супермаркете, я осматривал
технику и заметил небольшую приставку. На вид она выглядела совсем даже ничего,
хотя слишком маленькие размеры и я никак не мог понять, где же у нее монитор.
Логотип на ней был какой-то замысловатый, я попросил продавца рассказать мне
об этом творении. После первых слов я был поражен. Это было не что иное, как
наш старый добрый "Бином" и, как мне сказали последней модели с 16 Мб ОЗУ, каким-то
там процессором (уже не помню каким) и 100 Мб - чего-то вроде HDD. После беседы
с продавцом я задумался, и у меня возник вопрос: "А почему почти все продаваемое
в компьютерных магазинах имеет иностранное происхождение?". Судя по всему, русские
отнюдь не глупее американцев, так почему же наибольшее распространение имеют
IBM-совместимые персональные компьютеры с операционными системами от Microsoft?
Допуская, что говорить об истории развитии ЭВМ в мире и в России, в частности,
можно очень долго, ограничимся лишь некоторыми вехами истории.
Вехи истории
Говоря об истории вычислительной техники, многие начинают с изобретения абака
и счет. Считать их вычислительными машинами можно с таким же основанием, что
и пальцы на руках. Поэтому говорить о них в статье не будем.
Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего
устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи.
Он был сделан в одном из его дневников.
1614 г. Изобретение логарифмов шотландцем Джоном Непером. Вначале были
составлены таблицы логарифмов, а затем, после смерти Непера, была изобретена
логарифмическая линейка.
В 1623 г. через 100 с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий
ученый Вильгельм Шиккард предложил свое решение на базе шестиразрядного десятичного
вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение
сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения
остались на бумаге и были обнаружены уже в наше время.
1642
г. Первым реально осуществленным и ставшим известным механическим цифровым вычислительным
устройством стала "Паскалина", созданная французским ученым Блезом
Паскалем. Это было шести- или восьмиразрядное устройство на зубчатых колесах,
способное суммировать и вычитать десятичные числа.
1673 г. Через 30 лет после "Паскалины" появился "арифметический
прибор" Готфрида Вильгельма Лейбница - двенадцатиразрядное десятичное устройство
для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление. В дополнение
к зубчатым колесам для выполнения двух последних операций использовался ступенчатый
валик.
Конец XVIII века. Жозеф Жакар создает ткацкий станок с программным управлением
при помощи перфокарт. Гаспар де Прони разрабатывает новую технологию вычислений
в три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности
арифметических действий, проведение вычислений путем арифметических операций
над числами в соответствии с составленной программой (!).
1830-1846
гг. Чарльз Беббидж разрабатывает проект Аналитической машины - механической
универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (!).
Машина состоит из пяти устройств - арифметического устройства (АУ), запоминающего
устройства (ЗУ), устройства управления (УУ), ввода и вывода (все как в первых
ЭВМ, появившихся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на
них же предлагалось реализовать ЗУ (на тысячу 50-разрядных чисел - итого 50
тыс. зубчатых колес). Для ввода программы и данных использовались перфокарты.
Предполагаемая скорость вычислений: сложение и вычитание за 1 сек, умножение
и деление - за 1 мин. Помимо арифметических операций, имелась команда условного
перехода.
Были созданы отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости создать
не удалось. В век расцвета пара об электричестве еще мало кто думал, поэтому
вычислительная машина должна была приводиться в действие паровой машиной. Гениальную
идею Беббиджа осуществил Говард Айкен, американский ученый, создавший в 1944
г. первую в США релейно-механическую вычислительную машину. Ее основные блоки
- арифметики и памяти были исполнены на зубчатых колесах!
Ада
Августа Байрон Кинг, графиня Лавлейс (1815-1852), - дочь Байрона составляла
программы для решения задач на машине Беббиджа. Она также cоставила описание
принципов ее работы.
1890 г. Американец Герман Холлерит построил статистический табулятор
с целью ускорения обработки результатов переписи населения. Машина Холлерита
имела большой успех, на её основе было создано преуспевающее предприятие, которое
в1924 году превратилась в фирму IBM.
1934 г. Немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом,
решил сделать (в домашних условиях) цифровую вычислительную машину с программным
управлением. Машина должна была работать с двоичными числами (впервые в мире).
В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала. Она могла обрабатывать 22-х разрядные
двоичные числа с плавающей запятой, с памятью на 64 числа. Она работала полностью
на механической (рычажной) основе.
В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1,
Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной
вычислительной машины, впервые в мире применив электронные лампы в количестве
300 штук.
1942-43 гг. В Англии при участии Алана Тьюринга была создана вычислительная
машина "Колосс". В ней было уже 2000 электронных ламп. Машина предназначалась
для расшифровки радиограмм германского Вермахта. Работы Цузе и Тьюринга были
секретными. О них в то время знали немногие. Построенные машины не вызвали какого-либо
резонанса в мире.
1943 г. Под руководством американца Говарда Айкена, по заказу и при
поддержке фирмы IBM создан Mark-1 - первый программно-управляемый компьютер.
Он был построен на электромеханических реле, а программа обработки данных вводилась
с перфоленты.
Только в 1946 г., когда появилась информация об ЭВМ "ЭНИАК"
(электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д. Мочли и П.
Эккертом, перспективность электронной техники стала очевидной (в машине использовалось
18 000 электронных ламп, и она выполняла около 3 000 операций в секунду). Однако
машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы
хранились вне оперативной памяти.
Завершающую точку в создании первых электронных вычислительных машин поставили
в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, "ЭДСАК",
1949 г. Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон
фон Нейман "ЭДВАК", 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.
1958 г. Американец Джек Килби сконструировал первую интегральную схему.
7 апреля 1964 г. фирма IBM объявила о создании семейства компьютеров
System-360. Это был важнейший шаг к унификации, совместимости и стандартизации
компьютеров. В этом же году появился язык программирования BASIC.
1970 г. Швейцарец Никлас Вирт разработал язык программирования Паскаль,
получивший впоследствии широкое распространение в обучении и программировании.
1971 г. Под руководством инженера фирмы Intel Теда Хоффа создан первый
микропроцессор - 4-х разрядный 4004 или, как его назвали, - "компьютер
в одном кристалле". Он состоял из 2250 транзисторов и выполнял все функции
центрального процессора универсального компьютера.
1975 г. Студенты Пол Аллен и Билл Гейтс впервые использовали язык Бейсик
для программного обеспечения персонального компьютера "Альтаир". Они
же основали фирму Microsoft. Создан микропроцессор "МОП-технолоджи 6502",
он состоял из 4300 транзисторов и широко использовался в персональных компьютерах
того времени. Фирма IBM представила на рынок один из первых лазерных принтеров
.
1977 г. В этом году в массовое производство были запущены три персональных
компьютера: Apple-2 (Apple Computer) на базе процессора 6502, PET (Commodore)
на базе процессора 8088, TRS-80 (Tendy Corporation) на базе процессора Z80.
1983
г. Фирма Apple Computer построила персональный компьютер Apple - первый компьютер,
управляемый манипулятором "мышь". В этом же году началось массовое
использование гибких дисков (дискет), как стандартных носителей информации.
1988 г. Основатель фирмы Apple Стив Джобс со своей новой фирмой Next
Computer создали компьютер Next и операционную систему Next Step. Фирмой Philips
разработан стандарт записи компакт-дисков CD-I (CD Interactiv).
1993 г. Фирма Intel представила микропроцессор Pentium. Фирма Siemens
представила свой нейрокомпьютер , мощность которого эквивалентна 8000 рабочим
станциям. Компьютер параллельно обрабатывал информацию от сети искусственных
нейронов - идеальное решение для задач распознавания речи и изображений.
1995 г. Главным событием в мире программного обеспечения персональных
компьютеров стало создание универсальной многозадачной операционной системы
Windows 95. Выпущенная в сентябре 1995 года система Windows 95 стала первой
графической операционной системой для компьютеров IBM PC. Впоследствии эта операционная
система получила своё развитие в Windows 98. Фирма Microsoft в системе Windows
95 ввела новый стандарт самоустанавливающихся устройств (Plug And Play).
Отечественные персоналки
Развитие ЭВМ в мире шло очень бурными темпами. Россия не составляла исключения,
и к концу 1960-х годов только в нашей стране выпускались ЭВМ общего назначения
(около 20 разных типов), а также специализированные машины преимущественно для
оборонного ведомства. Машин было много, хороших и разных (именно разных), и
каждая требовала специальных усилий по разработке собственного программного
обеспечения. Да и того, что было, становилось уже недостаточно - и инженеры,
и ученые, и хозяйственники, и чиновники, наконец, начали осознавать роль вычислительных
машин и насущную необходимость в их разработке. О персональных ЭВМ и речи не
было. Правительство планировало существенно расширить производство ЭВМ в стране.
И тогда встал вопрос - каких ЭВМ?
В конечном итоге было решено взять за прототипы машины IBM и использовать архитектуру
этих компьютеров, чтобы создать свои машины серии ЕС ЭВМ (единой серии ЭВМ).
Ориентация на системы IBM не означала бездумного копирования. Это было просто
невозможно, поскольку, несмотря на некоторое потепление отношений с Западом,
получить машину и программное обеспечение легальным путем было просто невозможно.
Разработка моделей "Ряда" шла на основе имевшихся публикаций по принципам
архитектуры и операционных систем IBM. Так что все машины ЕС можно в какой-то
мере считать оригинальными разработками, и все они, кстати, запатентованы.
Одним из главных аргументов в пользу американских машин была богатейшая библиотека
программ, которую можно было использовать только в том случае, если имелись
машины идентичной архитектуры. Идеальным вариантом была бы реализация архитектурных
принципов IBM в сотрудничестве с самой компанией, и не семейства почти пятилетней
давности, а самых современных моделей. Еще лучше, если бы этот процесс сопровождался
всесторонней поддержкой собственных разработок. Но этого не было. Отставание
от Запада было неизбежно и обусловлено вовсе не решением копировать машины IBM.
Технологическая база производства элементов, на которых строились ЭВМ, стала
с угрожающей скоростью отставать от мирового уровня. Пока машины делались на
лампах, интеллекта разработчиков было достаточно, чтобы создавать самые передовые
ЭВМ. Но чем сложнее становилась элементная база, чем больше в нее требовалось
вкладывать средств, тем труднее было поддерживать необходимый уровень.
Тем не менее, это направление продолжало развиваться и в конце концов привело-таки
к появлению IBM-совместимых персональных компьютеров серии ЕС. Однако эти компьютеры
все-таки нельзя считать оригинальными отечественными разработками, да они и
не были первыми.
Первый советский персональный компьютер
Любое упоминание о советских компьютерах вызывает у собеседника, знакомого
с компьютерами не более 10 лет, усмешку: "А что, разве такие были?"
Да, представьте себе, были. И не такие плохие, как это принято считать. Один
из них носит гордый титул "первого советского персонального компьютера".
Правда, "персональным" он по своей сути никогда не был - в Советском
Союзе само слово "персональный" было не в чести. Поэтому ДВК, который
в общем-то компьютером тоже никогда не назывался, официально считается просто
первым советским диалоговым вычислительным комплексом (отсюда и сокращение ДВК),
построенным на основе одноплатной ЭВМ.
ДВК-1
был наследником ЭВМ "Электроника 60". Эта машина в конце 1970-х годов
выпускалась в Воронеже и была по своей сути точной копией микроЭВМ PDP 11/34
компании Digital. Именно эта машина послужила прототипом нашего главного героя,
передав ему все родовые черты DEC.
Процесс рождения первого советского компьютера был довольно сложен. Началось
все с того, что на основе технологии объединения множества транзисторов в одном
кристалле, использованной для создания однокристальной ЭВМ, был разработан уникальный
(в том смысле, что не похожий ни на один из существующих за рубежом) 16-разрядный
процессор К1801ВМ1. Это сравнительно небольшое устройство, размещенное в одном
кристалле, по своим функциональным возможностям было полностью аналогично состоявшему
из пяти БИС (больших интегральных схем) процессору "Электроники 60".
На основе К1801ВМ1, в свою очередь, была создана одноплатная ЭВМ, которая обладала
всеми возможностями своей гораздо более объемной предшественницы. Размеры этой
одноплатной микроЭВМ, получившей имя "Электроника МС 1201", составляли
примерно 25x30x1,2 см, а ее масса не превышала 800 г.
Сконструированную одноплатную ЭВМ втиснули в корпус того, что тогда называли
дисплеем (не путать с монитором) - устройство управления монитором, имевшее
вид системного блока desktop. На нем, собственно, и стоял монитор. К устройству
подключалась клавиатура, а все вместе - к большой ЭВМ, находившейся в соседнем
зале. Таким было индивидуальное рабочее место оператора ЭВМ. Оказалось, что
в корпусе дисплея есть свободное пространство, куда помещалась одноплатная ЭВМ,
и ее можно было легко соединить с дисплеем. Так получился ДВК-1.
Итак, ДВК-1, который сегодня бы мы называли не иначе, как персональным компьютером,
появился на свет в 1982 году. Местом рождения первого советского ПК по праву
считается Зеленоград. МикроЭВМ, составлявшая основу ДВК-1 и всех последующих
моделей этого семейства, была построена по принципу закрытой архитектуры, т.
е., в отличие от современных компьютеров, вынуть одно из ее устройств, заменить
его другим или добавить новое было довольно сложно. Например, процессор зачастую
просто припаивался на предназначенное для него место. Ведь конструкторы даже
не могли предположить, что пользователь захочет его заменить. Альтернативы использовавшемуся
процессору не было, плата была разработана под процессор одной марки. В случае
поломки пользователь должен был обращаться к изготовителю. ПЗУ, правда, заменить
было легко. Именно таким образом пользователи переориентировали компьютер для
выполнения разных задач (!).
Шестнадцатиразрядный процессор ДВК-1 поддерживал систему команд DEC (188 команд
- на четыре меньше, чем в IBM PC). МикроЭВМ оснащалась 64 Кбайт оперативной
памяти, но по техническим причинам процессор мог использовать только 52 Кбайт.
Помимо СПЗУ (системное постоянное запоминающее устройство - аналог современного
BIOS), первый советский ПК был оснащен ПЗУ с Бейсиком. Этот язык программирования
позволял работать на компьютере в диалоговом режиме, решая определенный круг
задач.
Для времени, когда появился ДВК-1, обходиться без жесткого диска было вполне
естественно. Но отсутствие возможности работы с гибкими дисками (и вообще с
любыми накопителями) сделало первый советский компьютер довольно неудобным.
Предполагалось, что для выполнения тех или иных специальных задач машину будут
комплектовать пользовательскими ПЗУ. Цена ДВК-1, как и всех последующих моделей
компьютеров этой серии, составляла от 8 до 24 тысяч рублей. Поскольку в то время
самый дорогой советский автомобиль стоил 10 тысяч рублей (это, конечно, официальная
гос. цена), понятно, почему это устройство никак нельзя назвать персональным.
Буквально сразу после появления ДВК-1 началась работа по совершенствованию
этой машины. В рамках этой работы предполагалось, помимо прочего, построить
в Зеленограде отдельный завод для производства компьютеров. Так началась история
завода "Квант" - самого известного советского электронного предприятия.
ДВК-2,
массовое производство которого началось в 1984 году на заводе "Квант",
был вполне полноценной машиной. В новой модели использовался усовершенствованный
процессор К1801ВМ1, который позволял полностью адресовать все 64 Кбайт оперативной
памяти. К этому времени был разработан российский накопитель на гибком магнитном
диске (НГД): появилась возможность хранить и переносить информацию. Для того,
чтобы его использовать, был разработан простейший 40-дорожечный контроллер внешнего
НГД, вошедший в состав микроЭВМ. Впоследствии его сменил 80-дорожечный контроллер,
позволяющий вести запись с удвоенной плотностью. Системный блок ДВК-2 в зависимости
от использовавшихся накопителей на гибких дисках занимал один или два корпуса.
Причем сами накопители оставались внешними устройствами.
Вскоре была сконструирована новая машина, которая помещалась в корпус ДВК-2,
но имела ряд функциональных отличий. Во-первых, блок управления дисплеем был
заменен отдельной ячейкой в составе ЭВМ - цифровым дисплеем. Кроме того, совместно
с МИЭТ (Московский институт электронной техники) была разработана ячейка графического
дисплея. После всех этих преобразований появилась машина, в которой контроллер
накопителя на гибком диске, а также графический и цифровой дисплеи были объединены
на одной плате. Параллельно был налажен выпуск этой машины в виде моноблока.
Такая модель ДВК выпускалась довольно долго.
Время шло, элементная база расширялась, размеры ЭВМ уменьшались. В результате
на плате появилось свободное место, которое было заполнено контроллером накопителя
на жестком диске, разработанном в Научном центре завода "Квант" в
1986-1987 годах. Одновременно с этим в Горьком (ныне Нижний Новгород) и Борисполе
было налажено производство накопителей на жестких дисках, вошедших впоследствии
в состав ДВК. При этом все компоненты удалось поместить в один корпус, правда,
с большим трудом. Чуть позже Научный центр "Кванта" и МИЭТ разработали
совмещенный контроллер графического и цифрового дисплея. В 1987-1988 годах появился
новый процессор К1801ВМ3, который работал с 256 Кбайт или 1 Мбайт оперативной
памяти.
В результате всех преобразований оказалось, что помещенный в единый корпус компьютер
не выдерживает температурный режим (проще говоря, перегревается), и в 1989 году
появился новый корпус компьютера. В 1990 году на производственных мощностях
завода "Квант" выпускалось около 4000 ДВК в месяц. В это же время
в компьютер были внесены последние усовершенствования: уменьшены габариты корпуса,
разработана системная плата, на которой помещалось все, что нужно для работы
машины, были предусмотрены слоты расширения оперативной памяти, появилась ячейка,
которая позволяла переходить на систему IBM-совместимых компьютеров. Однако
в производство все эти улучшения не пошли. Несмотря на то, что ДВК еще некоторое
время продолжали производить, в 1991 году развитие этого модельного ряда, как,
впрочем, и всей отечественной электронной промышленности, прекратилось.
Главными причинами прекращения производства ДВК стали, наверное, рыночные реформы
и переход к капиталистической системе хозяйствования. В начале 90-х на российский
рынок хлынул поток западной компьютерной техники. Советским ЭВМ было практически
нереально выжить в этой неравной схватке. Хотя несмотря на то, что российский
процессор уступал по производительности интеловскому i80286, использовавшемуся
в компьютерах типа IBM PC/AT, в целом ДВК вполне соответствовал требованиям
времени. Кроме того, компьютер был идеально защищен от вирусов за счет использования
"закрытой" операционной системы.
Серьезный удар по советским персональным компьютерам, как и по всей отечественной
вычислительной технике, нанесло программное обеспечение. Вернее, полное его
отсутствие. Похожие проблемы знакомы всем советским производителям компьютерной
техники. Программное обеспечение - совершенно "не социалистический"
товар. Его цену определяет рынок. Чем выше спрос, тем дороже программное обеспечение.
Нет рынка - нет инструмента ценообразования. По крайней мере, в Советском Союзе
такого инструмента не нашли. Каждая организация разрабатывала ПО для решения
поставленных перед ней задач. Но за создание общего программного обеспечения
- операционных систем и других пользовательских программ - разработчики брались
крайне неохотно.
Специально для компьютеров ДВК была написана операционная система ФОДОС, которая
и названием, и своим внешним видом напоминала всем известный DOS. За всю историю
компьютеров ДВК было разработано только две версии этой операционной системы.
Компьютеры ДВК работают и сегодня. Большинство из них установлены в школах
в качестве учебного пособия. Некоторые бывшие государственные предприятия, оснащенные
в свое время советскими компьютерами, до сих пор продолжают их использовать.
Что же получается...
Таким было прошлое. Копирование моделей IBM тоже не могло привести к успеху,
поскольку было обречено на отставание, хотя бы из-за времени, необходимого на
такую процедуру. В нынешней ситуации не представляется реальным реанимация отечественного
компьютеростроения из-за невозможности составить конкуренцию современным технологиям.
Ведь развитие всей вычислительной техники сейчас идет по пути накапливания вычислительной
мощности во все более малых объемах. Качественно новые скачки наблюдаются только
в сфере разработки алгоритмов для той или иной задачи.
Автор Сергей Матющенко,
статья предоставлена журналом "Хабаровский
компьютерный рынок"
Редактирование и дополнение Дмитрий "Digit" Петрусенко
