Компьютеры 1-го поколения

Начиная с 1943 года, группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать компьютер на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Этот компьютер был назван ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работал он в тысячу раз быстрее, чем компьютер «Марк-1». Компьютер ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 9´15 метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт. Он имел следующие недостатки:

управление им осуществлялось с помощью коммутационной панели;

у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода;

худшим из всех недостатков была ужасающая ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из строя около десятка вакуумных ламп.

Чтобы упростить процесс задания программ, Моучли и Эккерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных компьютеров. Это был первый действующий компьютер, построенный на вакуумных лампах, официально введенный в эксплуатацию 15 февраля 1946 года.

Так как компьютер ENIAC был реализован на электронных лампах, то он и стал первым представителем 1-го поколения компьютеров.

3.2. Устройство и работа компьютера по «принципу фон Неймана»

Фон Нейман в июне 1946 года четко сформулировал требования к структуре компьютера. Важнейшие из них:

· компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;

· программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти компьютера;

· программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;

· трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);

· арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;

· в компьютере используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).

На рисунке 3.1 показано, каковы должны быть связи между устройствами компьютера согласно принципам фон Неймана (одинарные линии показывают управляющие связи, пунктир - информационные).

Рис. 3.1. Связи между устройствами

Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в компьютерах первых трех поколений, их совокупность получила название «архитектура фон Неймана».

Возможности машин первого поколения были достаточно скромны. Их быстродействие было малым. Это объяснялось в первую очередь инерционностью вакуумных ламп и несовершенством запоминающих устройств. Объем оперативной памяти был крайне мал – в среднем несколько тысяч чисел (слов), этого не хватало даже для размещения сложных программ, не говоря уже о данных. Промежуточная память организовывалась на громоздких и тихоходных магнитных барабанах сравнительно небольшой емкости. Медленно работали и печатающие устройства, а также блоки ввода данных. Если же остановиться подробнее на устройствах ввода-вывода, то можно сказать, что с начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств. Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появились перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты.

Компьютеры первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были пионерами вычислительной техники. Они довольно быстро сошли со сцены, так как не нашли широкого коммерческого применения из-за ненадежности, высокой стоимости, трудности программирования.