Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 21)
Революция в элементной базе и памяти
Транзисторы
Самым важным техническим рубежом, отделяющим второе поколение ЭВМ от первого, стала новая элементная база. На смену вакуумным лампам пришли транзисторы – компактные полупроводниковые приборы, обладавшие целым рядом преимуществ: они были надежнее, работали без нагрева, потребляли меньше энергии, не требовали сложного питания и занимали в десятки раз меньше места.
Ламповая ЭВМ – это, как правило, громоздкая конструкция, требующая систем вентиляции и регулярного технического обслуживания. Отказ даже одной лампы мог остановить всю машину. Транзисторы же обеспечили радикальное повышение отказоустойчивости и снижение эксплуатационных издержек.
Сравним по надежности ламповый UNIVAC I (1951) и транзисторный UNIVAC III (1962).
• UNIVAC I Средняя наработка на отказ (MTBF) составляла 100–200 часов. Причины отказов: лампы перегревались и выгорали, соединения и контакты реле изнашивались, возникали проблемы с питанием и охлаждением. Особенности эксплуатации: требовалась постоянная замена ламп, техническое обслуживание было почти непрерывным.
• UNIVAC III (1962). MTBF на порядок выше 1000–2000 часов и более. Причины отказов в основном связаны с периферией, питающими цепями и редко с транзисторами. Транзисторная конструкция позволила уменьшить тепловыделение, повысить скорость и стабильность работы, снизить потребность в постоянном обслуживании.
Ферритовая революция
Наряду с арифметикой и логикой, огромный шаг вперед был сделан в области оперативной памяти. Машины первого поколения использовали довольно экзотические и ненадежные методы хранения данных: линии задержки, ртутные трубки, электростатические накопители. Все эти решения были медленными, сложными и, как современная полупроводниковая память, требовали постоянного питания.
Ферритовая память – изобретение, основанное на использовании крошечных магнитных колец – стала технологическим прорывом. Каждый феррит хранил один бит, а состояние (0 или 1) определялось направлением намагниченности. Главное преимущество: ферритовая память была энергонезависимой – данные сохранялись даже при отключении питания. Кроме того, она отличалась высокой скоростью (до десятков микросекунд доступа) и долговечностью.
Например, в БЭСМ-6, одной из самых известных советских ЭВМ, использовалась ферритовая память с временем доступа около двух микросекунд. Такая скорость по тем временам считалась выдающейся и позволяла выполнять десятки тысяч операций в секунду.
Ферритовая память стала стандартом индустрии на два десятилетия. Даже с появлением полупроводников ее продолжали использовать – настолько она оказалась удачным компромиссом между стоимостью, скоростью и надежностью.
Внешняя память: магнитная эра
Второе поколение ЭВМ ознаменовалось также переходом от сугубо ручного ввода данных к автоматизированным средствам. Перфокарты и перфоленты, конечно, еще широко использовались много лет. К тому же появились и другие новые периферийные устройства: алфавитно-цифровые печатающие устройства, световые табло, управляющие консоли. Машины стали взаимодействовать с человеком не только через механические устройства, но и через специализированные программные интерфейсы.
Одновременно развивалась система внешней памяти. Магнитные ленты, барабаны и диски дали возможность хранить программы и данные вне оперативной памяти. Это открыло путь к хранению больших массивов информации, к созданию библиотек подпрограмм и первым попыткам реализации файловых систем.
Первый серийный дисковый накопитель IBM 305 RAMAC (1956) весил более тонны, содержал 50 дисков по 24 дюйма и вмещал всего пять мегабайт данных – объем, меньше обычной фотографии на современном смартфоне. Накопители второго поколения были медленными и громоздкими, но они сделали возможным то, что сегодня кажется само собой разумеющимся: работу с базами данных, сохранение результатов вычислений,
Компьютеры новых типов
Основную массу компьютеров второго поколения составили мэйнфреймы, о них ниже, но облегченные по сравнению с ламповыми транзисторные технологии открыли возможность для создания экспериментальных компьютеры новых типов, они нашли свое продолжение позже с появлением микросхем. Упомянем ставшие наиболее известными и вошедшими в историю.
TRADIC, первый шаг в эпоху транзисторов
В 1954 году инженеры Bell Labs представили опытный компьютер TRADIC – одну из первых в мире машин, построенных почти полностью на транзисторах. Изначально проект создавался для Военно-воздушных сил США, где его задача заключалась не в массовых вычислениях, а в демонстрации возможностей новой элементной базы. TRADIC должен был показать, что транзисторы способны заменить громоздкие и ненадежные электронные лампы, лежавшие в основе всех предыдущих компьютеров.
Машина состояла примерно из 800 транзисторов и около 10 тысяч диодов, что по тем временам было настоящим техническим подвигом. По производительности TRADIC уступал ламповым мэйнфреймам, но его главное преимущество заключалось в энергопотреблении и надежности. Вместо десятков киловатт, которые требовали ламповые компьютеры, TRADIC потреблял лишь несколько сотен ватт. Эта экономия энергии и уменьшение размеров позволили представить вычислительную технику в совсем новом свете: компактной и потенциально более доступной.
Инженеры столкнулись с целым рядом вызовов: транзисторы того времени были еще не полностью стандартизированы, их характеристики отличались от единицы к единице, а схемотехника приходилось проектировать практически «с нуля». Несмотря на эти сложности, TRADIC успешно выполнял свои расчетные задачи, что стало первым убедительным доказательством работоспособности транзисторной логики в реальных условиях.
Хотя TRADIC так и не превратился в массовый продукт, он сыграл ключевую роль в истории вычислительной техники. Он показал, что компьютеры могут быть меньше, надежнее и проще в обслуживании, закладывая основы второго поколения ЭВМ. Можно сказать, что TRADIC стал символом переходного этапа – от ламповых гигантов к машинам, которые вскоре перестанут быть экзотикой и станут частью лабораторий и исследовательских центров.
TX-0: лаборатория будущего
В 1956 году в Массачусетском технологическом институте (MIT) появился TX-0 – первый полностью транзисторный универсальный компьютер. В отличие от TRADIC, который был демонстрационным образцом для военных, TX-0 создавался как рабочий инструмент для научных и учебных экспериментов.
Машина занимала несколько шкафов, но выглядела компактной по меркам того времени. Ее уникальной особенностью был дисплей на основе осциллографа и клавиатура, что позволило операторам взаимодействовать с компьютером напрямую. Это было настоящим прорывом: вместо пакетной обработки на перфокартах пользователи могли сразу видеть результат своих команд на экране.
TX-0 быстро стал «игровой площадкой» для инженеров и студентов. На нем пробовали создавать первые графические программы, текстовые редакторы и даже музыкальные синтезаторы. Именно здесь зародилась культура «игры с компьютером», которая позже получила название «хакерская». Машина показала, что транзисторный компьютер может быть не только средством расчетов, но и платформой для творчества и экспериментов.
Philco Transac: коммерческая реальность
В 1950-хкомпания Philco активно разрабатывала транзисторы и в 1957 году выпустила Transac S-2000 – первую серийную коммерческую ЭВМ на транзисторах, сделав значительный вклад в начало второго поколения компьютеров. В отличие от лабораторных образцов, эта машина была рассчитана на практическое использование: ее могли приобрести университеты, исследовательские центры и предприятия.
Transac использовал новые высокоскоростные диффузионные транзисторы, что делало его быстрее и надежнее большинства ранних машин. Машина была способна выполнять разнообразные научные и инженерные задачи, а также обрабатывать большие объемы данных. Этот компьютер стал первым ярким примером того, что транзисторная техника выходит из лабораторий в массовое применение.
Transac доказал, что транзисторные компьютеры – это не только экспериментальные устройства, но и надежная рабочая техника, способная заменить ламповые мэйнфреймы. Его выпуск ознаменовал начало эпохи второго поколения ЭВМ, когда новые технологии стали стандартом для промышленности и науки.
PDP-1: машина, с которой началась культура «хакеров»
В 1960 году в университетских лабораториях Массачусетского технологического института появился новый гость – PDP-1. В отличие от привычных мэйнфреймов, занимавших целые залы и требовавших армии операторов, этот компьютер выглядел почти «домашним»: несколько шкафов, пульт управления, а главное – подключенный к нему дисплей.
Инженеры компании Digital Equipment Corporation хотели доказать, что вычислительная техника может быть не только монстром для оборонных заказов, но и инструментом для исследователя. PDP-1 стоил около 120 тысяч долларов – по меркам ЭВМ это было дешево. Поэтому он стал доступен университетам, небольшим фирмам и лабораториям.
Но главное – PDP-1 оказался первым компьютером, с которым можно было работать вживую. В то время как на больших машинах задания обычно подавались пачками перфокарт и ответ приходилось ждать часами, здесь можно было сидеть за пультом и видеть реакцию машины мгновенно.