Электронно-вычислительная машина¶
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) — автоматическая вычислительная машина, способная выполнять арифметические и логические операции над данными, представленными в цифровой (двоичной) форме, и управлять этими операциями по заданной программе. Термин широко употреблялся в СССР и постсоветском пространстве для обозначения компьютеров всех классов — от больших мейнфреймов до персональных машин; в русскоязычной традиции понятие «ЭВМ» фактически совпадает с понятием «компьютер».
¶Историческая справка
¶Предпосылки
Идея автоматического вычислительного устройства была впервые реализована Чарльзом Бэббиджем: его «Аналитическая машина» (1830-е годы) задумывалась как программируемый механический калькулятор с памятью, арифметическим устройством и устройством ввода-вывода, хотя до конца построена не была. В 1930-е годы в США, Германии и СССР были созданы электромеханические машины — например, машина Говарда Айкена «Марк I» (1944) и советская «Малая электронная счётная машина» (МЭСМ, 1951) под руководством Сергея Лебедева.
¶Первые ЭВМ
Первая в мире электронно-вычислительная машина общего назначения — «ENIAC» (США, 1945) — была создана для расчётов баллистики и содержала около 18 000 ламп. В СССР первая ЭВМ — «М-1» (1951, группа Исаака Брука и Бориса Гуревича) — была создана на основе ламп. В 1952 году в СССР была запущена машина «БЭСМ» (Большая электронно-счётная машина) Сергея Лебедева, а в 1958 году — «М-20», одна из первых машин с полупроводниковыми элементами.
¶Поколения ЭВМ
Историю ЭВМ принято делить на поколения, различающиеся элементной базой:
| Поколение | Период | Элементная база |
|---|---|---|
| Первое | 1945–1957 | Электронные лампы |
| Второе | 1957–1964 | Транзисторы |
| Третье | 1964–1975 | Интегральные схемы |
| Четвёртое | с 1975 | Большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС, СБИС) |
Каждое поколение характеризовалось ростом быстродействия (в тысячи и миллионы раз), уменьшением размеров и энергопотребления, снижением стоимости вычислений и расширением классов решаемых задач.
¶Устройство и принцип работы
¶Аппаратная часть
Архитектура ЭВМ, описанная Джоном фон Нейманом (1945), предполагает наличие следующих основных блоков:
- Устройство ввода — приём данных и программ (перфокарты, клавиатура, датчики);
- Устройство памяти — хранение данных и программ (в ранних ЭВМ — ртутные линии задержки, магнитные барабаны, затем магнитные диски и оперативная память);
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — выполнение вычислений и логических операций;
- Устройство управления (УУ) — выбор и исполнение команд программы;
- Устройство вывода — представление результатов (перфоратор, принтер, дисплей).
Принцип фон Неймана заключается в том, что программа и данные хранятся в одной памяти, а последовательность операций определяется содержимым памяти.
¶Программирование
Первые программы писались в машинных кодах и на низкоуровневых ассемблерных языках. В 1950-е годы появились алгоритмические языки высокого уровня — Фортран (1957), Кобол, а в СССР — АЛГОЛ-60 и собственные системы программирования для ЭВМ «Минск», «БЭСМ», «Электроника». Стандартизация языков и появление операционных систем (начиная с 1960-х) позволили отделить программу от конкретной аппаратуры.
¶Классификация
По назначению и мощности ЭВМ делятся на:
- Суперкомпьютеры — максимальная производительность, используются для сложных научных расчётов (в России — линейка «Т-серия» и «Лобачевский»);
- Большие ЭВМ (мейнфреймы) — обработка больших массивов данных в информационных системах;
- Мини-ЭВМ — средний класс для научных и производственных задач;
- МикроЭВМ (персональные компьютеры) — созданы на базе микропроцессоров с 1970-х годов;
- Встроенные системы — специализированные ЭВМ, встроенные в устройства и механизмы.
¶Значение
ЭВМ стала одним из ключевых изобретений XX века: она обеспечила автоматизацию вычислений, создание информационных систем, развитие телекоммуникаций, космических программ (в СССР — системы управления полётами и «Буран»), моделирования физических процессов и массового распространения информации. Переход от ламповых машин к микропроцессорным системам привёл к формированию цифровой экономики и информационного общества.
¶Источники
- ГОСТ 27465-87. Термины и определения в области вычислительной техники.
- Карцев В. П. «Левша на перепутье» — история отечественной вычислительной техники.
- Глушков В. М. «Введение в кибернетику».
- Фон Нейман Дж. «Архитектура вычислительных машин».
- Энциклопедия «Кибернетика» (главная редакция В. М. Глушкова).