Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность

Подождите немного. Документ загружается.

§ 2.5] МАШИНА IBM-360 И ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 81

позволяющие читать и писать информацию только последова-

тельно, а магнитные диски с быстрым произвольным доступом.

Емкость одного дисковода размером с небольшой письменный

стол составляла 7.25 Мбайт.

• В-четвертых, для ввода-вывода информации в системе были

применены экзотические еще в те времена алфавитно-цифровые

дисплеи.

Уже перечисленные особенности гарантировали бы успех проекту,

однако главное было не в них. Поистине революционной была сама ар-

хитектура системы. IBM S/360 – это не какая-то конкретная машина с

фиксированным набором устройств, а семейство ЭВМ, полностью уни-

фицированное по системе команд и интерфейсам. Из отдельных уст-

ройств, как из кубиков конструктора, можно собрать вычислительную

систему любой мощности. На выбор предлагалось шесть моделей цен-

тральных процессоров – от простых дешевых до самых мощных и доро-

гих, а также множество периферийных устройств, при этом гарантиро-

валась полная программная и аппаратная совместимость.

Оперативное

запоминающее

устройство

ЦПУ

Монитор

УУ

Монитор

Центральный

процессор

(CPU)

Селекторный

канал

Мультиплексный

канал

Плоттер

УУ УУ

УУ

Селекторный

канал

УУ

Магнитные ленты

Магнитные диски

Большой интерфейс

Малый интерфейс

Селекторный

канал

Селекторный

канал

Оперативное

запоминающее

устройство

Селекторный

канал

82 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

Как известно, за удобства нужно платить. Масштабируемость и со-

вместимость системы 360 покупалась значительным усложнением ее

конструкции. Для того чтобы сделать систему команд полностью неза-

висимой от конфигурации, в системе произведено разделение функций

процессоров. Вычислениями занимается центральный процессор (CPU

– Central Processor Unit), а вводом-выводом – специализированные

процессоры, называемые каналами (channels), причем к одному каналу

может быть подключено до 256 различных внешних устройств. Каналы

работают относительно независимо от CPU, для синхронизации всей

работы в системе реализован сложный механизм прерываний.

Появление IBM S/360 вызвало переворот в мировой индустрии

ЭВМ. Архитектура и система команд этой системы стали фактическим

промышленным стандартом в области вычислительной техники (есть

такой термин – стандарт de facto, никем официально не узаконенный,

но добровольно соблюдаемый производителями из-за собственной вы-

годы). В результате те фирмы, которые сохранили оригинальность сво-

их разработок, быстро обанкротились, другие бросились вдогонку за

IBM, создавая собственные компьютеры таким образом, чтобы они бы-

ли программно совместимыми с системой 360. Третьи быстро поняли,

что в модульной компьютерной системе, компоненты которой соответ-

ствуют общим стандартам, не обязательно все модули должны изготов-

ляться одной фирмой; в результате возник громадный рынок перифе-

рийного оборудования.

Все специалисты едины во мнении, что третье поколение ЭВМ воз-

никло в момент появления системы IBM S/360 и было представлено в

основном совместимой с ней вычислительной техникой. Что же касает-

ся следующего, четвертого поколения, то такой четкой и определенной

линии раздела между соседними поколениями установить не удается.

Влияние системы 360 на развитие вычислительной техники было столь

велико, что на протяжении следующих 15–20 лет архитектура и даже

система команд массовых компьютеров оставались почти неизменны-

ми, несмотря на постоянный прогресс в технологии. Например, выпу-

щенная в середине 70-х годов система S/370 сохранила преемствен-

ность по отношению к своей предшественнице, хотя была выполнена на

значительно более совершенных интегральных микросхемах.

В таблице приведены сведения о следующих двух поколениях

ЭВМ. В качестве основного разделительного признака положена сте-

пень интеграции компонентов в интегральных микросхемах. Первые

интегральные схемы (ИС) имели несколько десятков транзисторов в

§ 2.5] МАШИНА IBM-360 И ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ 83

одном корпусе, пришедшие им на смену схемы средней степени инте-

грации (СИС) – до тысячи, а появившиеся в середине 70-х годов боль-

шие интегральные схемы (БИС) насчитывали уже десятки тысяч элек-

тронных компонентов в одном корпусе.

Обратите внимание на то, что емкость памяти указана не в словах, а

в байтах. Этот новый термин, как и многие другие, например процес-

сор, интерфейс, операционная система, появился в русском языке вме-

сте с машинами серии 360 и прочно укоренился в информатике. Тогда

же вошла в обиход и шестнадцатеричная система счисления, а до нее

программисты предпочитали пользоваться восьмеричной.

После триумфа систем 360 и 370 корпорация IBM еще более укре-

пила свое могущество, захватив до 80% мирового рынка. IBM-совмес-

тимые машины работали в банках, магазинах, научных организациях.

Они перекрыли почти весь диапазон производительности ЭВМ общего

назначения. Цена машин менялась в зависимости от конфигурации, но

не опускалась менее 200 тысяч долларов. Создать более дешевую ма-

шину в рамках серии совместимых ЭВМ было невозможно, так как са-

ма архитектура требовала даже для самых низших моделей реализацию

всего набора команд и всех функций ввода-вывода.

Казалось, никакие события не могут нарушить благополучие «голу-

бого гиганта». Как могучий Голиаф

, он возвышался над конкурентами,

Давид и Голиаф – персонажи ветхозаветного мифа (1-я книга Царств), повест-

вующего о битве филистимлян с израильтянами. Филистимлянский великан Голи-

аф, облаченный в медные доспехи, сорок дней вызывал на единоборство противни-

Третье поколение Четвертое поколение

Годы

1965–1975 1975–1980

Основной логический

элемент

ИС, СИС БИС

Быстродействие (оп./с) 10

–10

Технология м емкость

оперативной памяти

(байт)

Ферритовые матрицы,

–10

Полупроводниковые БИС,

–10

Устройства ввода-

вывода

Алфавитно-цифровые дисплеи, печатающие

устройства

Мировой парк > 300 000 шт.

(1975 г.)

>1 000 000 шт.

(1980 г.)

84 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

не зная страха и не ведая сомнений. Но скоро явится хитроумный Давид

и монополия IBM подвергнется первому серьезному испытанию.

§ 2.6. Расслоение рынка ЭВМ. Супер- и мини-ЭВМ

Для независимых компаний, не пошедших в фарватере IBM, на

рынке ЭВМ оставались только две незаполненные ниши: очень боль-

шие и, наоборот, очень малые компьютеры; туда и устремились конку-

ренты. В результате к концу 60-х годов рынок расслоился на три нерав-

ных сектора:

• суперЭВМ (supercomputers), специально спроектированные

для особо сложных научных расчетов;

• ЭВМ общего назначения (mainframes), предназначенные для

экономических и инженерных расчетов. Этот сектор рынка был

наиболее емким и заполнен в основном IBM-совместимыми мо-

делями;

• мини-ЭВМ (minicomputers), предельно простые и дешевые

компьютеры стоимостью меньше 100

000 долларов.

Поскольку об ЭВМ общего назначения было подробно рассказано

ранее, в этом параграфе мы остановимся на истории создания супер- и

мини-компьютеров.

Создание вычислительных машин наивысшей возможной

на данный исторический момент производительности

всегда было престижным делом для компьютерных фирм. Но, помимо

престижа, для производства суперЭВМ имелись и веские экономиче-

ские причины: в научных и военных кругах постоянно появляются за-

дачи, предъявляющие экстремальные требования к параметрам компь-

ютеров. Это – сложнейшие расчеты в ядерной физике, метеорологии,

космической технике и т.д. Хотя рыночная ниша для суперкомпьютеров

и невелика, зато постоянна и хорошо оплачивается.

Лидером по производству суперкомпьютеров в середине 60-х годов

стала фирма Control Data Corporation (CDC). Отказавшись от конкурен-

ции с IBM в нише мэйнфремов, CDC под руководством талантливого

инженера Сеймура Крея (Cray, Seimour; 1925–1996) разработала серию

ков, но не находилось никого, кто мог бы с ним побороться. И только юноша-

пастух Давид, одетый в легкие одежды, смог победить богатыря, пустив ему из

пращи камень в лоб. Впоследствии Давид стал царем Иудеи.

СуперЭВМ

§ 2.6] РАССЛОЕНИЕ РЫНКА ЭВМ. СУПЕР- И МИНИ-ЭВМ 85

CDC-5000, затем CDC-6000. Машина CDC-6600 этой серии (1963 г.)

производительностью 3 млн оп./с (т.е. 3 MFLOPS – Million FLoat

OPeration per Second) долгое время считалась самой быстрой в мире,

пока не уступила пальму пер-

венства новым разработкам

этой же фирмы: CDC-8000

производительностью более

10 MFLOPS, Cyber (модели

70, 72 и др.) и STAR-100

(1970 г.) производительно-

стью 100 MFLOPS. Для обес-

печения удаленного доступа

клиентов к своим суперком-

пьютерам фирма создала вы-

числительную сеть Cybernet с

коммутацией каналов (клас-

сификацию вычислительных

сетей мы будем рассматривать в главе 4).

Основным конкурентом CDC на рынке суперкомпьютеров в те годы

была фирма Burruoghs (читается «Бэрроуз»), которая выпустила серию

оригинальных по архитектуре моделей B-5000, а также совместно с Ил-

линойским университетом построила в 1973 году 64-процессорную

ЭВМ ILLIAC-IV, которая по тем временам была самой мощной в мире,

выполняя до 200 MFLOPS. И хотя рабо-

тающий компьютер составлял лишь одну

четвертую часть нереализованного целиком

грандиозного проекта, он весил 75 т и зани-

мал площадь 950 кв. м.

В 1972 году Сеймур Крей покинул

Control Data Corporation и организовал свою

собственную фирму Cray Research в городке

Colorado Springs, поставив цель создать са-

мые быстродействующие ЭВМ в мире. В

1976 году была выпущена первая коммерче-

ски успешная модель Cray-1 (166 MFLOPS),

в 1985 году – четырехпроцессорная Cray-2 с

быстродействием около 1 млрд операций с

плавающей точкой в секунду (1 GFLOPS). В

начале 90-х годов в модели Cray-3 был пре-

Cray-2 (1985 г.)

CDC-6600 (1963 г.)

86 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

вышен порог производительности 10 GFLOPS. Машины Cray в 1970–

90-х годах установили фактический стандарт на суперкомпьютеры, по-

добно тому, как Система 360 установила стандарт на мэйнфреймы.

Хотя принципиальное значение суперЭВМ для развития информа-

тики очень велико, с экономической точки зрения их присутствие на

рынке ничтожно. Производство суперкомпьютеров всегда было штуч-

ным, число работающих машин этого класса никогда не превышало

нескольких сот (в 1985 году в мире их насчитывалось 165), цена каждо-

го превышала 10 млн долларов.

Совсем иная судьба ожидала мини-компьютеры. Создан-

ные первоначально для задач управления технологиче-

скими процессами, они постепенно проникли и в нишу, традиционно

занятую мэйнфреймами, принеся существенные убытки их производи-

телям.

Первые мини-компьютеры были выпущены фирмой Digital

Equipment (DEC). Образованная в 1957 году выпускником Массачу-

сетсского технологического института Кеннетом Олсеном (Olsen,

Kenneth Harry; р. 1926), фирма специализировалась на производстве

контроллеров (управляющих устройств)

для станков с числовым программным

управлением, конвейерных линий, ядер-

ных реакторов. Обычно для каждого тех-

нологического процесса разрабатывалась

своя конструкция с жестко фиксирован-

ной логикой работы, однако в 1963 году

фирма выпустила универсальный кон-

троллер PDP-5 (Programmed Data

Processor), в котором настройка на объ-

ект управления производилась не аппа-

ратно, а чисто программным путем.

Нельзя сказать, что PDP-5 ожидал шум-

ный успех (за два года было продано

100 шт.), но на ее основе в 1965 году бы-

ла создана новая модель PDP-8, которой

суждено было произвести настоящую

миникомпьютерную революцию.

По нынешним меркам, машина PDP-8 предельно проста, даже при-

митивна. Процессор выполнял всего 7 простейших команд (для сравне-

Мини-ЭВМ

PDP-8 (1965 г.)

§ 2.6] РАССЛОЕНИЕ РЫНКА ЭВМ. СУПЕР- И МИНИ-ЭВМ 87

ния, в системе 360 было 144 значительно более сложных команды),

длина машинного слова 12 разрядов, объем памяти 4096 слов. Зато цена

машины по сравнению с монстрами IBM была невероятно низкой –

000 долларов.

Сначала машины поставлялись в OEM-исполнении

, но затем фир-

ма решила рискнуть и попытаться продать PDP-8 как законченный

компьютер. Ее вставили в корпус размером с холодильник, подключили

вводо-выводные устройства (пишущую машинку, клавиатуру), снабди-

ли несложным программным обеспечением и выпустили на продажу.

Успех превзошел все ожидания: за последующие 5 лет было продано

100 тыс. экземпляров. Такого объема продаж не знал никто, включая

IBM. Покупателей можно было понять – впервые не только банки и

промышленные гиганты, но и небольшие организации, учебные заведе-

ния могли позволить купить пусть простенькую, зато собственную вы-

числительную машину.

С машиной PDP-8 связан забавный эпизод. Роберт Меткалф, буду-

щий изобретатель технологии локальных вычислительных сетей

Ethernet, был талантливым учеником и, учась в старшем классе школы,

посещал курсы для одаренных детей в Колумбийском университете.

Придя однажды на занятия, он обнаружил, что мини-ЭВМ, на которой

он учился программировать, бесследно исчезла. Ужасаясь, что ему при-

дется всю жизнь расплачиваться за пропажу, Меткалф нашел все-таки в

себе силы позвонить в DEC и сообщил о случившейся беде. На сле-

дующий день в университете появились люди из фирмы, они бесплатно

привезли новую машину и развернули рекламную кампанию, заявив,

что фирма создала первый в мире компьютер, достаточно маленький

для того, чтобы его можно было УКРАСТЬ!

Фирма DEC развивала успех. Ее следующая разработка, 16-разряд-

ная серия машин PDP-11 (1970 г.), стала общепризнанным промышлен-

ным стандартом в секторе мини-компьютеров, заняв там практически

такое же положение, как модель IBM S/360 в секторе ЭВМ общего на-

значения. В результате в 1982 году DEC переместилась с 6-го на 2-е,

после IBM, место по объему продаж, ее выручка составила 4 млрд дол-

OEM (Original Equipment Manufacturer – производитель оригинального оборудова-

ния) – поставка продукции (оборудования, программ) не для конечного пользовате-

ля, а в качестве комплектующих элементов для встраивания в конечную продук-

цию. OEM-оборудование поставляется обычно без корпуса и источников питания,

OEM-программное обеспечение – без пользовательской документации.

88 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

ларов. Правда, IBM в том же году заработала 30 млрд долларов, но

упущенные 4 млрд были уже существенной потерей. Для «голубого ги-

ганта» это было первым грозным предупреждением, на которое он,

впрочем, никак не отреагировал. Последующее развитие событий пока-

зало, что в сфере высоких технологий недооценивать конкурентов, да-

же если они на первый взгляд кажутся несерьезными, очень опасно.

Границы раздела между суперкомпьютерами, мэйнфреймами и ми-

ни-компьютерами всегда были очень условными и с развитием техно-

логии постоянно сдвигались в сторону более высоких показателей. На-

пример, фирма DEC в развитие

серии PDP-11 в 1977 году выпус-

тила 32-разрядную систему ма-

шин VAX-11. Сохранив малые

габариты и относительно невысо-

кую цену, эти машины по основ-

ным параметрам оставляли поза-

ди многие модели системы 360.

Например, модель VAX-11/780

имела производительность до

1 млн оп./с и адресуемую вирту-

альную память до 4 Гбайт (само

название VAX является сокраще-

нием от Virtual Adress eXtention), в то время как в системе 360 она огра-

ничивалось величиной 16 Мбайт. Назвать эти модели мини-компьюте-

рами было как-то неудобно, поэтому им дали странное определение

«супермини-ЭВМ».

К середине 80-х годов граница между миникомпьютерами и мэйн-

фреймами стерлась и стала неактуальной, а низший сектор рынка заня-

ли персональные ЭВМ. Что же касается суперкомпьютеров, то это по-

нятие сегодня означает машины, явно опережающие по основным па-

раметрам средний уровень развития вычислительной техники. Мы вер-

немся к суперкомпьютерам в § 2.11, когда будем рассматривать совре-

менные направления развития вычислительной техники.

§ 2.7. Вычислительная техника в СССР

Молодому человеку, вступающему в жизнь в конце 90-х годов и

привыкшему видеть вокруг себя только иностранную радиотехнику,

VAX-11/780

§ 2.7] ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В СССР 89

трудно представить себе, что в России (точнее говоря, в Советском

Союзе) когда-то была самостоятельная электронная промышленность и

собственные оригинальные компьютеры. Тем не менее это так. Более

того, на начальном этапе развития наша страна почти не отставала от

Запада, а по уровню идей иногда опережала иностранные разработки.

Драматическая история отечественной вычислительной техники

может быть условно поделена на четыре этапа: зарождение (1948–

1952 годы), расцвет (1950–60-е годы), подражание (1970–80-е годы) и,

наконец, крах (начало 1990-х годов).

История отечественных вычислительных машин

начинается в 1948 году и неразрывно связана с

именами трех отцов-основателей: Сергея Алек-

сеевича Лебедева (1902–1974), Исаака Семено-

вича Брука (1902–1974) и Башира Искандаро-

вича Рамеева (1918–1994). Все трое по образо-

ванию были энергетиками, они пришли к идее

создания ЭВМ, исходя из потребностей трудо-

емких энергетических расчетов и имея опыт

работы на аналоговых вычислительных маши-

нах. В Советском Союзе было известно об аме-

риканских проектах цифровых машин, но эти

сведения были очень поверхностными, поэтому

первые советские компьютеры создавались со-

вершенно независимо от зарубежных.

В 1948 году в Институте электротехники

Академии наук Украинской ССР под непосред-

ственным руководством ди-

ректора института С.А. Лебе-

дева началась постройка экс-

периментальной Малой Элек-

тронной Счетной Машины

(МЭСМ). Работы велись в

секретной лаборатории в мес-

течке Феофания под Киевом

коллективом из 12 научных

сотрудников и 15 техников.

Через два года, в 1951 году,

эта первая отечественная

Зарождение

(1948–1952 годы)

Сергей Алексеевич

Лебедев

(1902–1974)

МЭСМ (1951 г.)

90 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

ЭВМ заработала. Она содержала 6000 электронных ламп и занимала

целое крыло двухэтажного здания. Оперативная память насчитывала 94

16-разрядных слова, быстродействие составляло около 50 оп./с. В ма-

шине Лебедев независимо от фон Неймана реализовал основные прин-

ципы классической архитектуры: хранение программ в оперативной

памяти, двоичную систему счисления. Несмотря

на то, что МЭСМ по существу была лишь маке-

том действующей машины, она использовалась

для решения реальных задач, требовавших боль-

шого объема вычислений.

В том же 1948 году И.С. Брук, руководивший

лабораторией в Энергетическом институте АН

СССР, и его молодой коллега Б.И. Рамеев пред-

ставили проект вычислительной машины с про-

граммным управлением. Хотя проект не был реа-

лизован, он оказал огромное влияние на все по-

следующие разработки их авторов. В 1950 году

Брук все-таки приступил к

практической реализации

проекта создания ЭВМ.

Поскольку небольшой

коллектив лаборатории работал в отрыве от дру-

гих организаций и получал финансирование

только от Академии наук, то масштабы работы

были вынужденно небольшими. За два года уси-

лиями девяти человек была построена ЭВМ М-1,

насчитывающая всего 750 ламп (сравните с 6000

у МЭСМ). М-1 оказалась первой в Москве рабо-

тающей ЭВМ и сразу вызвала большой интерес в

научных кругах. Работающая со скоростью 15–

20 оп./с, она выполняла серьезные расчеты для

атомного ведомства академика Курчатова и для космического КБ ака-

демика Королева.

Дальнейшее развитие вычислительной техники в

Советском Союзе тесно связано с военными

приложениями и окружено атмосферой секрет-

ности. Инициатором правительственных решений был академик Миха-

ил Алексеевич Лаврентьев, будущий организатор новосибирского Ака-

Исаак Семенович

Брук

(1902–1974)

М-1 (1952 г.)

Расцвет

(1950–60-е годы)