Вычислительные машины второго поколения ЭВМ

Второе поколение ЭВМ — история создания

Электронно-вычислительные машины II поколения относят к 1955–1964 гг. Разработчики перешли от ламп накаливания к полупроводникам. Основой компьютеров данного периода стали транзисторы в качестве элементной базы. Замена радиоламп на триоды и диоды улучшила характеристики ЭВМ:

• уменьшились размеры вычислительной техники;
• устройства стали надежнее;
• новые аппараты были менее энергозатратными;
• быстродействие транзисторных машин возросло до сотен тысяч операций в секунду;
• объем внутренних запоминающих устройств вырос в сотни раз;
• появилась возможность создания информационно-справочных и поисковых систем.

Первыми о разработке полупроводникового устройства объявили американские ученые. В 1954 году Джин Говард Фелкер из компании Bell Labs создал машину под названием TRADIC на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В 1958 году инженеры данной компании выпустили компьютер «Philco-2000», состоящий из 56 000 транзисторов и 1200 диодов. Хотя разработчики утверждали, что это полностью полупроводниковое устройство, в его составе было 450 электронных ламп.

Наряду с США в 1958 году транзисторные компьютеры выпустила Англия, Германия и Япония. В 1960 году вычислительная техника на полупроводниках появилась во Франции, Италии и СССР. В Советском Союзе над построением машины «Раздан-2» работала группа ученых под руководством Ефима Брусиловского. Серийный выпуск советского аппарата начали в 1961 году.

Второе поколение ЭВМ также включало в себя компьютеры на параметронах и магнитных элементах. В СССР во главе с Николаем Брусенцовым появилось устройство «Сетунь». Особенностью данной ЭВМ была работа в троичной системе счисления.

Скачок в компьютерной науке совершили американские инженеры, разработавшие в 1960 году систему «Stretch». Ученые добились увеличения скорости работы ЭВМ в 100 раз благодаря 169 тыс. дрейфовым транзисторам с тактовой частотой переключения в 100 МГц.

Важным событием в развитии вычислительной техники II поколения стали английские компьютеры «Atlas», созданные в 1961 году. Впервые в них применялись принципы виртуальной памяти.

В 1961 году американская фирма Control Data разработала проект вычислительной машины с многопроцессорной обработкой: большое количество арифметико-логических устройств с 10 периферийными процессорами. Такое решение позволило аппарату совершать более 3 млн операций в секунду.

В СССР технология машины «Раздан-2» применялась в порядка 30 последующих моделях. Завод им. С. Орджоникидзе в Минске выпустил компьютер «Минск-2», а затем модифицированные «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» «Минск-32». Белорусские устройства получили применение в автоматизации различных отраслей народного хозяйства.

В Советском Союзе под руководством Виктора Глушкова созданы малые агрегаты «Проминь» (1962 г.), «Мир» и «Мир-1» (1965 г.), «Мир-2» (1969 г.). Эти изобретения применялись в научно-исследовательской деятельности.

В 1964 году в Пензе во главе с Баширом Рамеевым выпущена ЭВМ «Урал», модифицированная в 1965 году в «Урал-11» и в 1967 году в «Урал-16». Техника серии «Урал» обладала стандартизированной системой связи с периферийными устройствами.

Параллельно с созданием транзисторных компьютеров ученые разрабатывали языки программирования для удобства при наборе программ. К первым из таких языков относятся АЛГОЛ, созданный разработчиками Ассоциации по вычислительной технике США.

Достоинства и недостатки

К положительным показателям ЭВМ второго типа относятся:

• габариты: если ламповые устройства занимали целые здания, то транзисторные машины были чуть выше человеческого роста;
• скорость работы возросла до 500 тыс. операций в секунду;
• оперативная память достигала 32 Килобайт;
• появление новой профессии – оператор ЭВМ;
• создание языков программирования и первых операционных систем;
• относительно низкая цена: компьютеры стали доступны для вузов.

Из недостатков стоит отметить несовместимость программного обеспечения на разных моделях вычислительных машин.

Чем обусловлено появление

Причина появления транзисторных вычислительных устройств – изжитие электронных ламп в качестве элементной базы компьютеров, а именно:

1. Нить накаливания лампы перегорала спустя 10 тыс. часов, что сказывалось на надежности работы вычислительного аппарата. Для сравнения: транзисторы превосходили срок службы ламп в тысячи раз.
2. Ламповые ЭВМ неэффективно тратили энергию: около 75% потребляемого питания расходовалось на тепловые потери. Требовались дополнительные средства на системы охлаждения. Диоды и транзисторы тратили меньше энергии и меньше нагревались.
3. Триоды были на порядок миниатюрнее электронных ламп. Это позволяло экономить пространство.
4. Радиолампы уступали по прочности транзисторам, поэтому их установка не поддавалась автоматизации. Монтаж триодов был автоматизированным.

На каких элементах построены, устройство, структурная схема

В электронных вычислительных устройствах II поколения использовались биполярные транзисторы – расположенные последовательно слои эмиттера, базы и коллектора.

Сопротивление в полупроводниках зависит от температуры, освещения или примесей. В триодах использовали полупроводники с разными проводимостями примесей.

Примеси делятся на донорные и акцепторные. Донорные примеси образуют полупроводники n-типа с «лишними» электронами. Акцепторные примеси образуют полупроводники p-типа с «лишними» положительно заряженными частицами – «дырками». Заряд в «дырках» равен заряду в электроне.

При взаимодействии полупроводников различного типа, электроны из полупроводника типа n переходят в полупроводник типа p, а «дырки» из полупроводника p-типа – в полупроводник n-типа. Таким образом пограничный слой полупроводников насыщается «чужими» частицами. На этом перемещение «дырок» и электронов завершается образованием запирающего слоя.

При подаче на полупроводник типа n отрицательного напряжения, а на полупроводник типа p – положительного, запирающий слой разрушается. После этого процесс движения электронов и дырок запускается вновь. При подаче положительного напряжения на полупроводник n-типа и отрицательного на полупроводник p-типа запирающий слой увеличивается.

Пример: если на коллектор подается логическая единица в 5 вольт, при положительном напряжении на базу на эмиттере получится логическая единица в 5 вольт. При отрицательном напряжении или отсутствии напряжения на базе на выходе получится логический ноль в виде напряжения менее 1 вольта.

УВв – устройство ввода; 

УВыв – устройство вывода; 

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

АЛУ – арифметико-логическое устройство; 

УУ – устройство управления; 

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

Принцип работы триодов и электронных ламп схож. Использование транзисторов сделало компьютеры второго поколения производительнее, надежнее, компактнее и дешевле, чем устройства первого поколения.