Бездушный математик. История развития вычислительных систем до появления персональных компьютеров, часть 2

Антикварная лавка Бездушный математик. История развития вычислительных систем до появления персональных компьютеров, часть 2 005.04.2009 05:13  |  Транзисторная электроника захватила умы производителей периферии. Новые элементы позволили создать первый в истории магнитный накопитель IBM 350 RAMAC. Для хранения 4,4 Мб данных устройство использовало пятнадцать магнитных дисков диаметром 610 мм. Все эт Антикварная лавка

Сложно представить, что транзисторы когда-то могли занимать настолько много места. В наше время есть микрочипы с миллиардом подобных электронных элементов.

В первой части статьи мы проследили за первыми шагами компьютерной индустрии и сделали определенные выводы. Вычислительные машины прошли длинный путь от странных аналоговых систем на основе воды и газа до устройств на базе электронных компонентов. Прогрессивные умы западных стран осознали, что средствами из государственного бюджета сыт не будешь, и освоили коммерческий выпуск компьютеров.

С приходом серьезных денег у производителей открылось второе дыхание. Теперь они не только создавали инновационные системы, вершили ход истории и изменяли быт людей, но и получали приличные доходы. Внушительные бюджеты подстегнули многочисленных разработчиков отделиться от институтских групп и основать свои собственные конторы. Плюс к этому компьютерами заинтересовались многие прозорливые бизнесмены.

Самую главную лепту в развитие компьютерной техники внесла наука. Финансируемые правительством исследования в области электронных компонентов принесли миру одно из важнейших изобретений прошлого столетия. Речь о транзисторе. Столь обыденный в наше время компонент навсегда изменил компьютерную отрасль.

В этот раз мы проследим за дальнейшей хронологией событий и выясним, что было после выпуска первого мейнфрейма IBM 701 Electronic Data Processing Machine в эпоху правления громадных машин класса UNIVAC I.

Реформа века

Транзисторный мейнфрейм серии IBM 7000 занимал целую комнату. Кстати, в центральной части фотографии изображен тот самый «скоростной принтер».

В декабре 1947 года в лабораториях Bell Labs комaнда исследователей под управлением Вильяма Шокли представила первый биполярный транзистор. Глава проекта доработал изобретение и в 1948-м выпустил еще более совершенный биполярный плоскостной транзистор (bi-polar junction transistor). Разработка Шокли перевернула компьютерную индустрию с ног на голову и ознаменовала приход так называемого второго поколения вычислительных систем.

Свойства и особенности строения транзистора сделали его идеальной заменой широко используемым вакуумным трубкам. Производство новых компонентов было дешевле, транзисторы меньше грелись и работали на невиданной для тех времен скорости. Так, переход бинарного состояния (от состояния «0» к состоянию «1» и обратно) в транзисторах происходил за миллионную или даже миллиардную долю секунды. Плюс ко всему, транзисторы были компактнее и позволили уменьшить размер компьютеров. Новые ПК могли содержать на сравнительно небольшой площади десятки тысяч элементов бинарной логики. Напомним, что доисторические системы вроде UNIVAC I занимали многие квадратные метры в вычислительных центрах того времени.

На первых порах производство транзисторов влетало в копеечку, так что скептически настроенные аналитики не верили в будущее транзисторных компьютеров. Считалось, что будет построено несколько подобных машин, после чего создатели убедятся в несостоятельности идеи. Как показала история, скептики были глубоко неправы.

Компьютеры второго поколения обычно состояли из комплекта модулей, в каждом из которых располагалась печатная плата с несколькими наборами логики. В то время рынок вычислительных систем начала завоевывать IBM. Прозорливые работники компании смогли разобраться в нуждах клиентов и одно за другим стали выпускать «правильные» устройства. Так, в начале 50-х годов появились модульные транзисторные машины IBM 7000, они сразу же выместили с рынка менее производительные IBM 700 на основе вакуумных трубок. И это несмотря на отсутствие какой-либо совместимости (об этом в середине 50-х годов прошлого века никто особо не задумывался). Новые машины использовали память на магнитных сердечниках, поддерживали накопители на магнитных лентах, принтеры, устройства для загрузки программ и печати на перфокартах.

Стильный шкаф DEC PDP-8 вдохновил многочисленных производителей на выпуск схожих по функциональности компьютеров. Интересно, как бы поступила с ними компания DEC, если бы описываемые события происходили в наше время?

Аналогичный подход к построению компьютеров IBM использовала и в следующих серийных машинах IBM 1400, их представили в начале 1960-х. Системы могли работать независимо или дополнять существующие комплексы (например, устройства для подсчета перфокарт). Компьютеры хранили данные в памяти на основе магнитных сердечников, поддерживали дисковые накопители, привода для чтения магнитной ленты и даже высокоскоростные принтеры. Начиная с 1959 года компания представила несколько модификаций IBM 1400 для различных сфер деятельности. Компьютеры устанавливали в банки для обсчета транзакций, использовали на предприятиях самого разного уровня. Машины поддерживали несколько языков программирования, включая достаточно продвинутые COBOL и Fortran.

Транзисторная электроника захватила умы производителей периферии. Новые элементы позволили создать первый в истории магнитный накопитель IBM 350 RAMAC. Для хранения 4,4 Мб данных устройство использовало пятнадцать магнитных дисков диаметром 610 мм. Все это умещалось в огромной по современным меркам коробке размером 1,7x1,5х0,7 м. Система хранения дополнила компьютер IBM 305, целиком комплекс продавался за $160 000.

Остальные компании не решались конкурировать с IBM на рынке вычислительных машин. Видимо, причиной тому стало тяжкое послевоенное время. Затронутые войной страны отходили от шока, денег на развитие вычислительной техники не выделялось. Вполне возможно, что разработки и велись, но результаты оказались настолько ничтожными, что история не сохранила о них никаких упоминаний.

Единственную более-менее удачную компьютерную систему того времени разработала итальянская фирма Olivetti. Модельный ряд электронных калькуляторов в 1959-м пополнила транзисторная система Elea 9003. Непонятно, какие сверхъестественные силы помогали неопытным работникам Olivetti при создании первого устройства. За их плечами не было опыта и бесконечных финансовых ресурсов американских коллег. Тем не менее машина на основе транзисторов и германиевых диодов заработала.

Elea 9003 успешно продавалась на внутреннем рынке Италии и даже приносила деньги своим создателям. Olivetti удалось продать целых 110 машин, что весьма немало с учетом маркетинговых ограничений производителя. К сожалению, внезапные cмepти Адриано Оливетти в 1960 году и Марио Чоу в 1961-м положили конец дальнейшей жизни фирмы. Вялый противоречивый менеджмент новых хозяев, узкий внутренний рынок Италии и отсутствие какой-либо поддержки со стороны правительства негативно сказались на финансовом благосостоянии компании. Электронное подразделение Olivetti пришлось продать заморской корпорации General Electric в 1964 году (чуть позже результаты наработки подразделения были использованы для создания первого персонального компьютера Olivetti  машины Programma 101).

На круглом мониторе PDP-1 игра про космос выглядит очень даже органично. Вот он, прародитель современных космических симуляторов! Кстати, мощности машины хватало на то, чтобы обpaбатывать движения кораблей с учетом особенностей космического прострaнcтва.

Многие компьютеры того времени для основных вычислений и соединения с периферией использовали раздельные процессоры. К примеру, выделенный коммуникационный блок отвечал за связь с устройством для чтения перфокарт, в то время как основной вычислительный блок выполнял расчеты и бинарные инструкции. Данные своевременно передавались от одного блока к другому по двум раздельным системным шинам. Второе поколение компьютеров ознаменовало эпоху удаленного управления  комaнды отсылались по телефонной линии. Таким образом, оператор и вычислительная машина могли находиться за многие километры друг от друга. Впоследствии подобная схема коммуникации эволюционировала в интернет.

В 1957 году на рынке появилась компания Digital Equipment Corporation. Ее основали выходцы из Массачусетского технологического университета (известная на весь мир аббревиатура MIT принадлежит именно этому учебно-исследовательскому заведению). 70-тысячный капитал на развитие предоставил Джордж Дориот из American Research and Development Corporation, закипела работа. У самоотверженных девелоперов уже был опыт создания компьютеров, но MIT не смог оправдать их надежды. Именно поэтому они создали свой собственный бизнес. Идея сделать программируемый процессор появилась не сразу. Сначала компания занялась выпуском наборов логики и других вычислительных элементов. Наработав небольшое портфолио, DEC принялась за свою первую компьютерную микроархитектуру Programmable Data Processor 1 (PDP-1).

Первый компьютер PDP-1 представили в начале 60-х годов. Громоздкая система использовала 9 Кб памяти (с возможностью модификации до 144 Кб) на магнитных сердечниках, поддерживала периферию, включая бумажные перфоленты в качестве основного хранилища данных. Машину принято ассоциировать с первой компьютерной игрой SpaceWar. Ее суть была в следующем: на странного вида экране схематично отображались два космических корабля, которые сражались в гравитационном поле некой звезды. Архитектурные особенности машины привели к появлению первых хакеров. Вот только, взламывая компьютер, они всего лишь писали музыку, так что хакерами их можно назвать с большой натяжкой. Последние три сохранившиеся PDP-1 в данный момент принадлежат Музею компьютерной истории.

Последующие модификации PDP были не такими успешными, вплоть до появления PDP-8. Сложно сказать, с чем были связаны эти трудности. Возможно, сотрудники DEC просто перестали понимать ситуацию на рынке.

Olivetti. От мейнфреймов к сахарной бумаге

Фирма Olivetti, известная в нашей стране благодаря своей офисной технике, была создана итальянцем Камилло Оливетти в 1908 году. Изначально предприятие специализировалось на производстве печатных машинок. Спустя 50 лет, в 1958-м, фирма Olivetti насчитывала пять фабрик в Италии и пять за границей, а выпускала по шесть печатных машинок в минуту. С выходом в 1950 году знаменитой портативной модели Lettera 22 печатные машинки стали символом итальянской нации. Примечательно, что уровень жизни рабочих Olivetti был на 80% выше, чем у их собратьев на других предприятиях. Золотые годы компании связывают с именем Адриано Оливетти (сына Камилло)  человека с завидным творческим мышлением. Именно он первым в Италии принял вызов, брошенный электроникой. В 1952 году Адриано открыл лабораторию в Коннектикуте, а в 1955-м основал неподалеку от Пизы центр научных исследований в области электроники. Как раз там, в 1959 году, и был разработан первый электронный калькулятор Olivetti. Однако руководство компании не вдохновили маленькие победы в этой области. А тут еще Адриано разбил паралич, и вскоре он скончался. Дальнейшая история компании  это череда взлетов и падений, которые в конечном итоге вывели Olivetti на рынок электроники. В 1983 году фирма заключила контpaкт с американской AT&T, приобщившись таким образом к телекоммуникационному бизнесу. В результате Olivetti расширила модельный ряд и начала производить ЭВМ для ведения бухгалтерии, принтеры, факсы, кассовые аппараты, копировальные машины. Затем компания резко переключилась на рынок сотовой связи и в 1997 году решила отказаться от производства персональных компьютеров. Уже в наше время произошло слияние Olivetti и Telecom Italia. Сегодня Olivetti уже не та, что была при Адриано Оливетти. Она производит калькуляторы, пишущие машинки, органайзеры, карманные компьютеры, факсы и принтеры, среди которых есть даже кондитерская модель, которая использует для печати «съедобную бумагу» различных сортов и вкуса (сахарную, вафельную и др.). Как видите, от смелых экспериментов в области мейнфреймов не осталось и следа.

Новый завет

При взгляде на компьютер IBM System/360 сразу становится понятно, что изготовлен он во времена хиппи. Вы только посмотрите на эти цвета!

Разработки на рынке электронных компонентов шли вперед. Развитие программного обеспечения, появление операционных систем  все это создало новые требования к выпускаемым компьютерам. О совместимости в то время рассуждали мало, так что проблемы застали производителей в самый неожиданный момент. Только представьте: разные компьютеры в рамках одного модельного ряда, скажем, IBM были не совместимы друг с другом! То есть переход на новое, более мощное поколение каждый раз требовал замены ПО и даже периферии. По этой причине многие корпорации предпочитали сохранять верность пусть и устаревшим, но привычным системам с уже закупленным парком периферии. Разумеется, подобный подход не устраивал создателей компьютеров. Отсутствие совместимости мешало компаниям двигаться дальше и продавать новые машины.

Вот тогда-то IBM и придумала аппаратный комплекс с разделением на архитектуру и реализацию. Новый подход позволил создать иерархическую линейку совместимых друг с другом машин. Философия совместимости в наши дни совершенно очевидна, но тогда, на заре компьютерной эпохи, производители даже не задумывались об этом. А когда, наконец, задумались, на рынке появилась линейка мейнфреймов IBM System/360 (1964 год).

Система навсегда изменила рынок компьютеров. Отныне маленькое предприятие могло купить недорогую машину и, в зависимости от своих потребностей, усовершенствовать ее малой кровью. Изначальная линейка S/360 содержала шесть моделей и сорок различных элементов периферии. Анонсированные в 1964 году системы 360/30, 360/40, 360/50, 360/60, 360/62, 360/70 содержали модели для замены устаревших линеек IBM 1400 (первые три) и IBM 7000 (последние). Самая дешевая 360/20 была представлена чуть позже. Она содержала 4 Кб памяти, восемь 16-битных регистров и ограниченный набор инструкций. Машина предназначалась для небольших компаний. IBM предусмотрела режим совместимости с устаревшими системами  новые компьютеры могли эмулировать архитектуру старых на программном уровне.

Пульт управления IBM System/360 представлял собой доску с разноцветными переключателями и лампочками. Клавиатуру с мышью на тот момент еще не успели придумать.

Производитель представлял модификации S/360 вплоть до 1977 года. Именно тогда машины были сняты с производства и пpaктически полностью исчезли с рынка. Примерно в то же время начали свое победное шествие микропроцессоры, благодаря которым свет увидели компактные компьютеры для домашнего и офисного использования.

Главным конкурентом IBM на тот момент являлась компания DEC со своей архитектурой PDP. Система PDP-8 в 1964 году принесла производителю большую известность и успех. 12-битный компьютер занимал не так много места и продавался за $16 000. PDP-8 пользовалась популярностью на производствах, в железнодорожных учреждениях и лабораториях. Все компоненты системы были заключены в шкаф с черными дверцами и блоком управления в нижней части. Устройство получилось очень удачным и вдохновило многих производителей на выпуск схожих моделей. Есть даже версия, что великая и могучая Intel создавала свой 4-битный процессор 4004 с оглядкой на PDP-8.

Следующий за PDP-8 успешный релиз последовал в конце 60-х годов  компания DEC представила PDP-10. 36-битный компьютер использовал архитектуру PDP-6 в паре со значительно улучшенными функциональными блоками. Компьютер все еще содержал дискретные процессоры на логических схемах. Вычислительный блок был собран в симпатичном синем корпусе размером с комнату. В основу PDP-10 легла операционная система под названием Monitor (чуть позже ее переименовали в TOPS-10). Как и его предшественник, компьютер пользовался колоссальной популярностью. Настолько серьезной, что сторонние производители не стеснялись выпускать аналогичные во всем копии этого устройства. Судиться из-за кражи интеллектуальной собственности в те времена никто даже не помышлял.

Летом 1970 года IBM представила наследника System/360  на рынок вышла линейка System/370. Важнейшей особенностью новых систем стала обратная совместимость с предыдущим модельным рядом IBM. Многочисленные корпорации и университеты могли установить компьютеры S/370, не меняя парк периферии и программ. Системы IBM вышли на новый уровень производительности, ввели базовую поддержку двухпроцессорных конфигураций, виртуальной памяти и 128-битных вычислений с плавающей запятой. В это сложно поверить, но компьютеры S/370 просуществовали на протяжении 20 лет  в течение этого времени они подвергались постоянным доработкам со стороны IBM. Как и в случае с S/360, линейка новых компьютеров содержала модели начального уровня и продвинутые конфигурации для крупных корпораций. Компьютер породил целую армию систем-клонов от многих крупных производителей, включая таких гигантов, как Fujitsu, Hitachi, Mitsubishi, Siemens.

К середине 1970-х на рынок вычислительных систем вышло большое число новых компаний, но изменить надвигающуюся тенденцию им не удалось  индустрия неумолимо двигалась по пути миниатюризации компонентов, и первые функциональные микропроцессоры стали тому подтверждением.

Блок управления мейнфреймом IBM System/370 чем-то напоминает диджейскую консоль  с midi-контроллером и фейдерами. А ведь людям на ней приходилось программировать…	Разработчики из центра Xerox PARC обиделись на руководство из-за того, что вместо компьютера PDP-10 им досталась другая система. В итоге парни собрали свой собственный полнофункциональный клон PDP-10.

Компьютер в каждый дом

К середине 70-х годов понятие «мейнфреймы» окончательно уступило место термину «микрокомпьютеры». Гигантские системы ушли в прошлое, уступив место компактным и более производительным машинам.

Так, компания DEC перешла к выпуску компьютеров VAX. Эти системы называют квинтэссенцией процессорной архитектуры CISC с огромным количеством режимов адресации и машинных инструкций. VAX заменили PDP на боевом посту, а DEC решила отказаться от старой архитектуры и заняться развитием новых концепций.

В то же время IBM продолжала продвигать линейку S/370. На рынке появлялись новые, существенно модифицированные модели с увеличенным количеством памяти, доработанной периферией и другими возможностями. Свои системы представила компания Hewlett-Packard. Модели из серий HP 2100, HP 3000 снискали популярность в корпоративном сегменте.

Четвертое поколение компьютеров ознаменовало появление микропроцессоров вроде Intel 4004. Конечно, на протяжении долгого срока миниатюрные вычислительные блоки оставались не у дел (из-за смешной производительности при высокой стоимости производства). Первые подвижки случились в 1975 году, когда на рынок вышел микрокомпьютер Altair 8800. Начиная с этого момента развитие подобных систем пошло семимильными шагами. Конец эры мейнфреймов ознаменовало появление микрокомпьютеров IBM PC в 1981 году.

Микрокомпьютер, сейчас и 30 лет назад.

А дальше?

В этом месте история мейнфреймов и мини-компьютеров обрывается. С начала 80-х годов рынок поработили многочисленные настольные ПК на основе интегральных микросхем и микропроцессоров. Мейнфреймы уступили место суперкомпьютерам  мощнейшим конфигурациям для сложных математических расчетов. Рынок быстро заняли устройства Сеймура Крея и других разработчиков, чьи имена вошли в историю.

Мейнфреймы выполнили свою главную задачу  они послужили переходным звеном между огромными малофункциональными компьютерами и микросистемами четвертого поколения. Именно мейнфреймы позволили производителям обкатать стандартизированные технологии, которыми индустрия пользуется и по сей день.

Суперкомпьютеры CRAY  современные наследники мейнфреймов прошлого.

Музыка мейнфреймов

Когда мы говорили о хакерах из Массачусетского технологического института, мы, конечно же, не имели в виду злостных взломщиков чужих ПК. Речь идет о талантливых программистах, которые умели нетрадиционно использовать возможности компьютерных систем того времени. К примеру, они научили машину PDP-1 музыке. Ну, конечно, симфонический оркестр она заменить была не в состоянии, но воспроизводить разные мелодии  вполне. Очень интересна технология звучания PDP-1. Звуки издавали переключатели типа flip-flop, которые хранили один бит информации. Система могла одновременно озвучить четыре разных ноты. Перевод музыки в язык, понятный машине, осуществляли при помощи специального компилятора (Harmony Compiler), разработанного Питером Самсоном. Программа была довольно-таки сложна в освоении и изначально заточена для компиляции музыки эпохи барокко. Сложно и неудобно? Не спорим, однако этого вполне хватило, чтобы перевести в «железную музыку» произведения Баха, Моцарта, рождественские мелодии и еще пару часов разной попсы середины 60-х.