Большая энциклопедия техники

Поисковый этап в развитии ЦВМ завершился к началу 1950-х гг. конструированием ЦВМ первого поколения, где цифровым элементом оперативной памяти является кольцевой ферритовый сердечник, оснащенный прямоугольной петлей гистерезиса, имеющий два устойчивых состояния остаточной намагниченности, а главным элементом арифметического устройства и устройства управления являлся триггер на электронных лампах. Надежность ЦВМ первого поколения была намного выше, нежели у первых ЦВМ; помимо замены триггеров в памяти ЦВМ ферритовыми сердечниками, увеличение надежности ЦВМ стало результатом целого ряда технологического усовершенствовании. Из-за того что по технологическим причинам конструирование быстродействующего ферритового запоминающего устройства значительного объема на тот период было невозможно, то в ЦВМ, вместе с запоминающими устройствами на ферритовых сердечниках, применялись довольно медленные внешние или периферийные запоминающие устройства на магнитных лентах, магнитных барабанах, магнитных дисках, емкость которых ограничивается только размерами занимаемой ими площади. Непрерывно возрастающая сложность задач, которые решаются с помощью ЦВМ, нуждалась в усложнении структуры вычислительных машин, увеличении количества электронных элементов, что сопровождалось увеличением размеров ламповых машин, а следовательно, и потребляемой ими мощности. Несмотря на технологические новшества, электронная лампа по-прежнему оставалась самым ненадежным элементом ЦВМ первого поколения; применение ламп тормозило дальнейшее развитие техники ЦВМ.

В середине 1950-х гг. в ЦВМ вместо электронных ламп стали использоваться полупроводниковые приборы – транзисторы и диоды. В связи с тем, что срок службы полупроводниковых приборов гораздо больше, нежели у электронных ламп, то с переходом на новую элементную базу значительно повысилась надежность ЦВМ, значительно уменьшились размеры машин. С внедрением цифровых элементов на базе полупроводниковых приборов началось конструирование ЦВМ второго поколения.

Усовершенствование вычислительных машин ставило перед собой цель повышения их быстродействия; у машин первого поколения быстродействие возросло от нескольких сотен операций/с до нескольких десятков тысяч операций/с; первые транзисторные машины обладали быстродействием порядка 5 тыс. операций/с и в процессе развития дошли до уровня 10—15 млн операций/с.

Однако при организации вычислительного процесса, которая применялась в ЦВМ первого поколения, дальнейшее увеличение быстродействия уже почти не увеличивало производительности машин. В ЦВМ вводили программу решения определенной задачи, и до окончания решения и вывода результатов вычислений невозможно было ввести новую задачу. Однако в любом вычислительном процессе, кроме быстрых, существуют и медленные операции, которые выполняются механическими устройствами: считывание первоначальной информации, пересылки информации из внешней памяти в оперативную, вывод на печать результатов вычислений и др. По мере увеличения быстродействия медленные операции занимали все больший объем общего времени работы машины, в то время как скоростные устройства машины простаивали и, таким образом, модернизации, касавшиеся только электронных элементов, не позволяли дать сколько-нибудь заметного увеличения производительности ЦВМ. Поэтому в 1960-х гг. случилось существенное изменение структуры ЦВМ, итогом которого стало то, что различные устройства смогли работать независимо друг от друга по различным программам. Это дало возможность решать на машине несколько задач одновременно. Наиболее производительные из современных ЦВМ одновременно могут обрабатывать несколько тысяч задач. Работой ЦВМ и образованием потока задач управляет специальная программа – операционная система.

Мультипрограммный режим не может ускорить решение одной конкретной задачи, однако довольно существенно повышает общую производительность ЦВМ.

Следующим этапом в развитии мультипрограммных режимов работы стал переход к ЦВМ коллективного пользования. Ввод задач в машину не всегда должен осуществляться с одного устройства ввода, подобных устройств может быть несколько, и находиться они могут не в машинном зале, а непосредственно у пользователей, нередко удаленных от ЦВМ на большое расстояние. С помощью подобных устройств по линиям связи (как правило, телефонным) задачи вводят в машину, которая впоследствии сама определяет их очередность и время их решения. Результаты решения тоже по линиям связи подаются на терминалы, которые должны иметь устройства вывода, печатающее устройство либо дисплей.

Изобретение мультипрограммных машин привело к развитию систем ЦВМ коллективного пользования, которые объединяют в одно целое несколько машин с разной производительностью и обслуживают одновременно тысячи потребителей, находящихся не только в различных городах, но часто и в разных странах.