Посвящение в радиоэлектронику

Делали так. Сначала в ЭВМ вводилась (загружалась, как говорят специалисты) программа и исходные данные для вычислений. Они раскладывались по ячейкам памяти, после чего можно было приступать к вычислениям. Результат выводился сначала в память, а из нее — на периферийные устройства ввода-вывода (дисплей, печатающее устройство-принтер и т. п.). Впрочем, экраны-дисплеи появились позднее, у машин второго-третьего поколений, построенных на полупроводниковых приборах, а затем — и на интегральных схемах. В первых ЭВМ обходились одним принтером. Сразу выявился существенный недостаток описанной организации ЭВМ. Память должна была выполнять две функции: хранить исходные и полученные данные и в то же время запоминать и тут же выдавать обратно в процессор промежуточные результаты вычислений. Если для первой функции нужна память большой емкости с относительно невысоким быстродействием, то для второй — как раз наоборот: запомнить надо всего несколько чисел, но очень быстро, и также быстро их выдать. В результате у ЭВМ появилось два устройства памяти: долговременная и оперативная. Долговременная может хранить огромные массивы информации. В ней чаще всего применяется устройство магнитной записи. В больших ЭВМ они представляют собой специализированные устройства в виде стоек с большими катушками широкой магнитной ленты. А в современных микроЭВМ часто используют обыкновенный бытовой магнитофон. Наряду с веселыми песенками на кассете можно записать, как оказывается, и программу для ЭВМ. Разработаны также устройства памяти на магнитных дисках, внешне отдаленно напоминающих грампластинки, с той лишь существенной разницей, что покрыта пластинка ферромагнитным слоем и никакой звуковой канавки на ней нет, а запись ведется крохотной магнитной головкой. Использовались и магнитные барабаны, еще отдаленнее напоминающие фонограф.

Совсем не так устроена оперативная память. Поскольку главное требование к ней высокое быстродействие, никаких движущихся частей она не содержит. Запись в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) ведется в электронные ячейки.

Четыре поколения ЭВМ сменилось за время жизни одного человеческого поколения! Любопытно, что элементная база обновлялась чаще, чем структурные схемы. Часто даже одинаковые по структуре ЭВМ выполнялись на совсем разных элементах. В 60-х годах строили машины даже на параметронах — электрически управляемых диодах с переменной емкостью. Магнитные усилители, электронные лампы, транзисторы, туннельные диоды — все это использовалось в ЭВМ. Побеждает все-таки полупроводниковая интегральная технология. Но и там был широкий выбор. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), логика на элементах с эмиттерной связью (ЭСЛ). А в последнее время все чаще используют совсем уже микромощную элементную базу на МОП (металл-окисел-полупроводник) и КМОП (то же, но с комплементарными парами транзисторов) интегральных схемах. И за всеми этими аббревиатурами, которые сразу и запомнить-то нелегко, стоят годы упорного труда многих сотен и тысяч людей.

Претерпела изменения и структурная схема машины. Вы, наверное, заметили, что одни и те же устройства нужны для разных целей. Например, в памяти записывается и программа, и массивы данных. Возникла мысль — объединить провода, по которым циркулируют данные, команды и прочие сигналы, нужные в ЭВМ, в общие шины. Чтобы пакеты данных не путались, их снабжают «адресом» — несколькими цифрами или знаками в начале посылки. Адрес однозначно определяет, куда и зачем послан этот пакет данных. Остальные устройства, подключенные к общей шине, на эту посылку попросту не реагируют.

Описанная идея оказалась очень плодотворной. Она позволила создавать ЭВМ с гибкой структурой, наращивать число периферийных устройств (ввода-вывода), число блоков памяти, а иногда даже — и число процессоров!

Большие ЭВМ теперь имеют очень мощные процессоры, выполняющие миллионы операций в секунду. Оказалось неразумным использовать всю эту мощность для решения какой-либо одной задачи. Ведь процессор фактически простаивает, пока идет накопление данных, обращение к памяти и тому подобные вспомогательные операции. Неопытный оператор, например, долго будет смотреть на экран дисплея, размышляя, что делать дальше. Да и опытному оператору нужно несколько секунд, чтобы осмыслить полученный результат и дать машине следующее распоряжение. В режиме диалога временные шкалы человека и машины просто несовместимы. Если считать по числу выполненных элементарных операций и исключить из рассмотрения такие, не совсем еще понятные явления, как интуиция, то оказывается, что машина «думает» в миллион раз быстрее.

Выход из создавшегося положения был найден. Процессор стал решать параллельно несколько задач, работая в режиме разделения времени. Пока для одной задачи накапливаются данные, решается другая, пока выводится к терминалам ее результат, снова решается первая или еще одна задача. Число терминалов ЭВМ резко возросло, одновременно возросли и вычислительные мощности.