ЭВМ 3-го поколения
Третье поколение связывается с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В январе 1959 г. Джеком Килби была создана первая ИС, представляющая собой тонкую германиевую пластинку длиной в 1 см. Для демонстрации возможностей интегральной технологии фирма Texas Instruments создала для ВВС США бортовой компьютер, содержащий 587 ИС, и объемом (40см3) в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого образца. Но у ИС Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных ИС Роберт Нойса. С этого момента ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы современной электроники и, в первую очередь, вычислительную технику.
Широкое применение интегральных схем началось в начале 70-х годов. Микросхемы (чипы) навсегда изменили образ вычислительных машин. В компьютерах третьего поколения, одна интегральная схема могла заменить до тысячи транзисторов и других базовых элементов. А каждый такой элемент мог заменять до нескольких десятков электронных ламп. Это давало огромную миниатюризацию и снижение себестоимости производства ЭВМ.
Для массового производства микросхем начали создавать отдельные производственные лини. Качество конечного продукта было достигнуто не сразу. По мере накопления опыта, наладили полный технологический процесс. Размер чипа может составлять несколько миллиметров. А размеры элементов измеряются в микронах.
Такое достижение в области миниатюризации дало возможность создавать компьютеры, размер которых был как письменный стол. Не нужны были отдельные помещения и целые залы. Весь вычислительный центр мог вмещаться в одной комнате. И для обеспечения питания таких ЭВМ достаточно два – четыре киловатта. И самое главное, что надежность компьютеров третьего поколения не намного уступает сегодняшней технике.
Как уже говорилось выше, надежность полупроводникового устройства определяется в основном количеством выводом. Микросхема с тысячей элементов (диодов и транзисторов), имеющая 14-48 выводов и транзистор с тремя выводами имеют сравнимое время наработки на отказ. Создание ЭВМ и других сложных электронных систем на микросхемах, если и не полностью преодолело катастрофу количеств, то серьезно сдвинуло ее границу. Надежность ЭВМ, начиная с третьего поколения, практически не определяется надежностью ее компонентов. Гораздо большее влияние начинают играть условия эксплуатации техники. Встретить сейчас образец техники, у которого электронный компонент вышел из строя «потому что устал», а не вследствие, например, броска напряжения питания, практически невозможно.
ЭВМ третьего поколения можно было встретить на борту самолета, корабля, подводной лодке, спутнике. Размеры и стоимость таких ЭВМ позволяли использовать и в массовом масштабе. Появились ЭВМ, встраиваемые в сложные технические и технологические системы. И наоборот, появилась возможность резкого увеличения вычислительных мощностей отдельных ЭВМ, создания супер-ЭВМ, объединения ЭВМ сначала в вычислительные, а затем и в информационные сети.
Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР); большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. По-прежнему появляются новые и развиваются существующие языки и системы программирования.
Компьютеры третьего поколения перестали быть роскошью для предприятий. Первое и второе поколение машин использовали только военные, государственные ведомства и институты. Теперь они становятся доступными даже для не больших компаний. Средняя цена машины третьего поколения составляет 20-30 тыс. долларов, что вполне под силу многим организациям. Появляются автоматизированные системы проектирования.
Серийный выпуск интегральных схем был налажен в 1961 году, тогда же была создана фирмой " Texas Instruments" по заказу ВВС США первая экспериментальная ЭВМ на интегральных схемах. Разработка велась 9 месяцев и была завершена в 1961г. ЭВМ имела всего 15 команд, была одноадресной, тактовая частота была 100 КГц, емкость запоминающего устройства – всего 30 чисел, для представления чисел использовалось 11 двоичных разрядов, потребляемая мощность составляла всего 16Вт, вес – 585гр, занимаемый объем – 100 кубических сантиметров.
Наиболее известным представителем компьютеров 3 поколения является серия ЭВМ IBM 360.
IBM System/360 (S/360) — семейство компьютеров классамейнфреймов, которое было анонсировано 7 апреля1964 года. Это был первый ряд компьютеров, в котором проводилось чёткое различие между архитектурой и реализацией.
В отличие от предыдущих серий, IBM создала линейку компьютеров, от малых к большим, от низкой к высокой производительности, все модели которой использовали один и тот же набор команд (с двумя исключениями из правила — для специфичных рынков). Эта особенность позволяла заказчику использовать недорогую модель, после чего обновиться до более крупной системы, с ростом компании — без необходимости переписывать программное обеспечение. Для обеспечения совместимости IBM впервые применила технологию микрокода, который применялся во всех моделях серии, кроме самых старших.
Рис. 2.30. IBM 360.
Затраты на разработку System/360 составили около 5 млрд долларов США (что соответствует 30 млрд в ценах 2005 г., если сравнивать с 1964). Таким образом, это был второй по стоимости проект НИОКР 1960-х годов после программы «Аполлон».
Дальнейшим развитием IBM/360 стали системы 370, 390 и System z. Архитектура IBM/360 была настолько удачной, что стала де-факто промышленным стандартом вплоть до сегодняшнего дня. Многие другие фирмы стали выпускать совместимые с IBM/360 компьютеры, например, — семейство 470 фирмы Amdahl (англ.), мейнфреймы Hitachi, UNIVAC 9200/9300/9400 и др. В СССР аналогом IBM/360 были машины серии ЕС ЭВМ.
Благодаря широкому распространению IBM/360, изобретённые для неё 8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники. Также IBM/360 была первой 32-разрядной компьютерной системой.
Шестнадцатеричная система счисления, широко применявшаяся в документации IBM/360, практически вытеснила ранее доминировавшую восьмеричную.
Старшие модели семейства IBM/360 и последовавшее за ними семейство IBM/370 были одними из первых компьютеров с виртуальной памятью (соответственно, со страничной и сегментной адресацией памяти) и первыми серийными компьютерами, поддерживающими реализацию виртуальных машин.
ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин, произносится «еэ́с эвээ́м») — советская серия компьютеров. Аналоги серий System/360 и System/370 фирмы IBM, выпускавшихся в США c 1964 года. Программно и аппаратно (аппаратно — только на уровне интерфейса внешних устройств) совместимы со своими американскими прообразами.
В середине 1960-х годов в СССР в области вычислительной техники выявился ряд проблем, а именно:
· общее количество ЭВМ было явно недостаточным;
· производились десятки различных несовместимых друг с другом моделей ЭВМ, что затрудняло решение крупных вычислительных и организационных задач; для осуществления проектов АСУ (автоматизированных систем управления) была крайне желательна унификация компьютерных средств;
· ориентация советских ЭВМ того времени исключительно на численные расчёты и отчасти на управление оборудованием, а также ориентация вычислительной техники на специалистов в области математики и физики;
· значительным было отставание в области системного программирования: в то время в СССР всё ещё нормой были работа без операционной системы и программирование непосредственно в машинных кодах (даже без ассемблера);
· бедность периферийного оборудования.
Назревала необходимость «большого скачка» — перехода к массовому производству унифицированных ЭВМ, оснащённых большим количеством стандартизированного программного обеспечения и периферийного оборудования. Для решения этой задачи в 1966 году в народнохозяйственном плане появилось задание Министерства радиопромышленности разработать аванпроект по опытно-конструкторской работе (ОКР) «Ряд», сформулированное начальником Главного управления по вычислительной технике МРП М. К. Сулимом.
Первоначально разработка аванпроекта была поручена Институту точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ). Отчёт, представленный институтом в середине 1966 года, не удовлетворил министерство, поскольку показал отсутствие интереса авторов отчёта к созданию такого ряда машин в СССР. В результате Министерство радиопромышленности приказом от 22 февраля 1967 года поручило руководство разработкой аванпроекта конструкторскому бюро промышленной автоматики (КБПА), проявившему гораздо больший интерес.
С вопросами по составу и характеристикам периферийного оборудования было всё более-менее ясно: материалы по этим вопросам, представленные НИИСчётМаш ещё для отчёта ИТМ, практически не вызвали дискуссий. Наибольшие споры вызвали принципы организации будущего «ряда»: логическая структура процессоров, система команд, принципы связи с внешними устройствами - то, что позднее стали называть «архитектурой ЭВМ».
В целом результаты дискуссии сводились к тому, что целесообразно взять за основу архитектуру широко распространённой на Западе системы System/360:
· Архитектура ЭВМ в то время не подлежала патентованию, патентовалось лишь её конкретное исполнение, которое — по причине действовавшего эмбарго на экспорт вычислительной техники[2] — предполагалось создать самостоятельно.
· Большинство элементов этой архитектуры были уже известны советским разработчикам.
· Данную архитектуру приняли и успешно разрабатывали независимо уже несколько ведущих зарубежных фирм — RCA(США), ICL (Англия) и Siemens (ФРГ), и даже ROBOTRON в ГДР.
· Согласно исследованиям ИПМ АН СССР, программы, составленные для IBM/360, требовали в 1,5—2 раза меньше памяти, чем аналогичные для БЭСМ-6, «Весна», М-20.
· В серии System/360 был впервые реализован ряд уникальных для того времени перспективных решений: универсальная архитектура, ориентированная как на расчёты, так и на обработку данных; линейка совместимых моделей ЭВМ различной производительности; байтовая адресация памяти, микрокод. Кроме того, System/360 была одной из первых систем свиртуальной памятью (в отдельных моделях System/360, а позже во всех моделях System/370) и первой системой (не считая исследовательских прототипов), в которой была реализована концепция виртуальных машин.
Главный вопрос для сторонников клонирования, фактически, был в том, возможно ли скопировать аппаратную часть системы без полной технической документации, или же её целесообразнее реализовать заново «с нуля», одновременно дополнив и улучшив.
В качестве альтернативных вариантов рассматривалось сотрудничество на равноправных условиях с какой-либо из западноевропейских фирм. Академик А. А. Дородницын, сторонник этого варианта, в качестве партнёра рассматривал английскую фирму ICL.
Руководство IBM, которое он же принимал в стенах ВЦ РАН, от подобного сотрудничества отказалось.
Свою роль сыграла и презентация, сделанная в США для советской правительственной делегации во главе с премьер-министром А. Н. Косыгиным в 1971 году, демонстрировавшая успешное повсеместное использование линии System/360.
Специально для этого проекта был создан Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ). Значительная часть работы НИЦЭВТа состояла в клонировании оригинального программного обеспечения System/360, множество сотрудников были заняты исследованием дизассемблированного машинного кода оригинального компьютера и его адаптацией.
К счастью, фирма IBM поставляла значительную часть ОС в виде исходных текстов, что дало возможность доработать систему, устранить многие ошибки в коде системы и ввести дополнительные возможности