В. Морозов - История инженерной деятельности

К сожалению, машины Хрущева и Щукарева не сохранились. Однако, в статье «Механизация мышления» (логическая машина Джевонса), опубликованной профессором А. Н. Щукаревым в 1925 г. («Вестник знания», № 12), дается фотография машины сконструированной Щукаревым и ее достаточно подробное описание, а также, что очень важно – рекомендации по ее практическому применению.

Главное, что сделал Щукарев, заключалось в том, что он, в отличие от Джевонса и Хрущева, видел в машине не просто школьное пособие, а представлял ее своим слушателям как техническое средство механизации формализуемых сторон мышления. Статью «Механизация мышления» он начинает с изложения истории создания технических средств для счета. Упоминает абак, суммирующую машину Паскаля, арифметический прибор Лейбница, логарифмическую линейку и аналоговые дифференцируемые машины для решения уравнений. Механизация формализуемых логических процессов рассматривается им как следующий шаг в развитии подобных устройств, оказывающих существенную помощь человеку в умственной работе. В качестве примера в статье приводится решение задачи прогнозирования электрических свойств водных растворов окислов химических элементов. С помощью машины были найдены восемь вариантов растворов электролитов и неэлектролитов. «Все эти выводы совершенно правильны, - пишет ученый, - однако мысль человеческая сильно путалась в этих выводах».

Как и в наше время, когда в бывшем Советском Союзе кибернетику посчитали вначале лженаукой, так и в 20-е годы воззрения А. Н. Щукарева, помимо доброжелательного отношения, оценивались рядом ученых резко отрицательно. Профессор И. Е. Орлов в 1926 г. на страницах журнала «Под знаменем марксизма» написал: «…Претензии профессора Щукарева, представляющего школьное пособие Джевонса в качестве «мыслящего» аппарата, а также наивное изумление его слушателей, - все это не лишено некоторого комизма. …Нас хотят убедить в формальном характере мышления, в возможности его механизации» (Орлов И. О механизации умственного труда // Под знаменем марксизма. - № 12. - 1926 г.). К чести журнала – его редакция не согласилась со взглядами автора статьи.

Последнюю лекцию А. Н. Щукарев прочитал в Харькове в конце 1920-х гг. Свою машину он передал Харьковскому университету на кафедру математики. В дальнейшем след ее потерялся. В истории развития информационных технологий в Украине и в бывшем Советском Союзе имя А. Н. Щукарева связано с важным шагом в области обработки информации – пониманием и активной пропагандой важности и возможности механизации (в дальнейшем автоматизации) формализуемых сторон логического мышления.

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин. Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это, прежде всего, их элементная база (из каких основных элементов они построены). Элементной базой машин первого поколения были электронные лампы – диоды и триоды, ЭВМ второго поколения – полупроводниковые элементы, ЭВМ третьего поколения - интегральные схемы (ИС), ЭВМ четвертого поколения – большие интегральные схемы (БИС).

Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Кроме элементной базы должны учитываться такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим – к другому поколению. И все, же несмотря на эту условность, каждое поколение ЭВМ можно считать качественным скачком в развитии электронно-вычислительной техники.

Следует заметить, что первая ЭВМ (ЭНИАК) с программным управлением разрабатывалась в США в условиях Второй мировой войны и была построена к 1946 г. При сравнении ее с современной вычислительной техникой эту машину образно называют «динозавром в мире млекопитающих». Действительно, она представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 м., содержала до 18 тыс. электронных ламп и потребляла около 150 кВт электроэнергии. Однако для своего времени она знаменовала большое достижение, так как применение электронных реле (триггеров) вместо электромеханических реле позволило почти на три порядка ускорить выполнение арифметических операций. В самом деле, если машина «МАРК II» могла выполнять в секунду около пяти сложений или одно умножение, то «ЭНИАК» способна была произвести до 5 тыс. сложений или 500 умножений в секунду.

Истекшие более 40 лет истории электронной вычислительной техники характеризировались стремительным улучшением характеристик ЭВМ и, прежде всего, увеличением быстродействия и емкости памяти.

Быстродействие, или, другими словами, скорость работы ЭВМ (V), измеряют количеством простейших операций (типа сложения или вычитания) в секунду, а емкость памяти (М) – количеством байтов. Напомним, что 1 байт = 8 бит.

Быстродействие ЭВМ определяет ее производительность, а емкость памяти – сложность задач, которые ЭВМ может решать (длину программы и количество исходных данных, необходимых для решения задачи). Но в конечном счете емкость памяти определяет также и производительность ЭВМ, так как при малой емкости быстродействующая машина быстро использует все размещенные в памяти данные в программу и будет простаивать и ждать, когда же извне будут введены новые данные и программа.

Рассмотрим теперь, как изменялись основные характеристики ЭВМ (быстродействие и емкость памяти) с момента их создания до настоящего времени. Первые ЭВМ имели быстродействие от сотен до тысяч операций в секунду и емкость памяти от сотен до тысяч байт. Заметим, что, говоря о памяти, мы здесь будем иметь в виду оперативную или внутреннюю память ЭВМ. Так называют ту часть памяти, в которой хранятся выполняемая программа и данные (или часть их), непосредственно используемые при выполнении этой программы. Очевидно, что оперативная память должна функционировать в темпе работы арифметического устройства ЭВМ. Кроме оперативной, различают внешнюю память на магнитных лентах и дисках. Внешняя память (особенно на магнитных лентах) может иметь практически неограниченную емкость.

Уже в 1960 г. существовали системы ЭВМ, віполнявшие миллионі операций в секунду, а емкость их памяти достигла сотен тысяч байт. Следует отметить что здесь речь идет о характеристиках лучших в мире, уникальных ЭВМ. Естественно, что ЭВМ серийного выпуска имели характеристики на один-два порядка ниже.

В 1970 г. уже біли созданы системы ЭВМ с быстродействием около сотен миллионов операций в секунду и емкостью памяти до десятков миллионов байт. Нужно сказать, что отдельно взятая ЭВМ в лучшем случае работает со скоростью до десятков миллионов операций в секунду, а большее быстродействие достигается созданием комплексов ЭВМ (машинных комплексов), состоящих из десятков и сотен компьютеров, которые одновременно могут решать отдельные части (фрагменты) одной и той же задачи.

Сейчас быстродействие наиболее совершенных многомашинных комплексов равняется миллиардам операций в секунду, а емкость памяти – сотням миллионов байт. Наконец, быстродействие комплексов может составлять несколько десятков миллиардов байт. Одновременно с увеличением быстродействия и емкости памяти стремительно уменьшаются габариты и стоимость ЭВМ, что достигается применением новых элементов и, главное, усовершенствованием технологии изготовления ЭВМ.

Весь путь развития электронных вычислительных машин можно разделить на несколько периодов, которым соответствуют отдельные поколения ЭВМ, характеризующиеся, как уже отмечалось, прежде всего, определенной элементной базой.

Первое поколение ЭВМ (1945 г. – конец 50-х гг.) представляли машины на вакуумных электронных лампах, вначале больших, затем миниатюрных. Их оперативная память работала на специальных запоминающих электронно-лучевых трубках, подобных кинескопам телевизоров, а с середины 1950-х гг. – на ферритовых сердечниках (колечках).

Примером машины первого поколения служит «БЭСМ» (быстродействующая электронная счетная машина), созданная в СССР под руководством академика С. А. Лебедева. Она была введена в эксплуатацию в 1952 г. и в течении нескольких последующих лет являлась одной из наиболее совершенных в Европе. Ее быстродействие достигало 10 тыс. простых операций в секунду. Под простыми операциями понимают операции типа сложения и вычитания. В дальнейшем во всех случаях, когда будет указываться быстродействие в операциях в секунду, будут подразумеваться простые операции. К машинам первого поколения относятся также несколько модификаций ЭВМ «Урал», «Минск» и др.

В конце 50-х гг. ХХ в. большое распространение получили машины второго поколения. В них на смену электронным лампам пришли диоды и транзисторы – значительно более экономичные и малогабаритные элементы, а основными элементами запоминающих устройств по-прежнему являлись ферритовые сердечники. Среди ЭВМ второго поколения в СССР наиболее широкое применение получили различные модификации машин «Урал» и «Минск».