Требование надежности, компактности, технологичности
привели к созданию новой элементной базы ЭВМ - интегральных микросхем.
Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой
миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого
кристалла площадью около 10 мм2. С появления интегральных схем
начались разработки ЭВМ третьего поколения. Машины этого поколения
характеризуются расширенным набором всевозможного оборудования для ввода -
вывода и хранения информации. Примером ЭВМ третьего поколения может служить
единая система электронно-вычислительных машин (ЕС ЭВМ).
Первые интегральные схемы (ИС)
появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и
военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и
бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они
просто немыслимы!
Появление ИС означало
подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить
тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40
электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же
вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ
третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.
Интегральная схема.
Интегральная микросхема - микроминиатюрное электронное устройство, все
или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединены
между собой электрически.
Интегральные
схемы изготавливают из особо чистых полупроводниковых материалов (обычно
кремний, германий), в которых перестраивают саму решетку кристаллов так, что
отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Маленькая
пластинка из кристаллического материала размерами примерно 1 мм2
превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому
блоку из 50-100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать
сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции.
В целях защиты от внешних воздействий
интегральные схемы выпускают в защитных корпусах. По количеству элементов
различают интегральные схемы: 1-й степени интеграции (до 10 элементов), 2-й
степени интеграции (от 10 до 100) и т. д. Размеры отдельных элементов
интегральных схем очень малы (порядка 0,5-10 мкм) и подчас соизмеримы с
размерами пылинок (1-100 мкм). Поэтом производство интегральных схем
осуществляется в особ чистых условиях.
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось
еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго
поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить
такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные
ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных
до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было
решать задачи какого-то одного типа.
Собственно, именно в эти годы с появлением семейства
машин IBM 360 и возникло понятие компьютерной архитектуры, которое
символизировало весь комплекс аппаратных и программных средств для решения
пользовательских задач. Говоря об архитектуре, мы, как правило, не имеем в виду
способы выполнения тех или иных функций или параметры и техническую организацию
определенных устройств, входящих в состав вычислительной системы. У машин
одного семейства они могут быть совершенно различны, однако общими будут
системы команд, способы организации взаимосвязи между модулями и с внешними
устройствами, а также матобеспечение.
К середине 60-х, на территории тогдашнего СССР, помимо
основных научных школ по созданию вычислительных машин в Москве и Пензе
выпуском ЭВМ занимались в Минске (серия машин средней производительности
«Минск»), Ереване (минимашины и ЭВМ средней производительности «Наири»,
«Раздан»). Институт кибернетики АН Украины, возглавляемый Виктором Михайловичем
Глушковым, проводил разнообразные теоретические исследования в области
проектирования ЭВМ и воплощал теорию в реальных машинах – малых управляющих ЭВМ
«Днепр», миникомпьютерах для инженерных применений «Промiнь» и «Мир». Академик
Глушков стал страстным проповедником внедрения АСУ в народное хозяйство.
Разработку аналогичных систем оборонного назначения вел и академик
В.С.Семенихин.
30 декабря 1967 года ЦК и Совмин выпустили совместное
постановление о разработке Единой Серии Электронных Вычислительных Машин. В
своем роде это было уникальное постановление – впервые на таком уровне решалась
судьба дальнейшего развития вычислительной техники в стране. Был создан
Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ), под
его началом объединились и другие организации. Открытым оставался вопрос: каким
будет новый ряд машин. Проблема эта обсуждалась в течение нескольких лет, но в
1968 году Минрадиопром начал работы по воспроизведению архитектуры программно совместимого
семейства IBM 360. В декабре 1969 года этот вариант был утвержден окончательно.
Напомним, что в 1964 году корпорации IBM в серии 360
впервые удалось воплотить идею создания семейства вычислительных машин
различной производительности, обладающих общей архитектурой и полной
программной совместимостью. Это событие произвело большое впечатление на
научный и промышленный мир и ознаменовало переход к третьему поколению
вычислительной техники. Системы IBM 360 обладали богатым матобеспечением, как
системного, так и прикладного уровня.
Для производства отечественных машин серии ЕС и
комплектующих строилось и расширялось более десяти заводов, географически
разбросанных по всей стране. Сами ЭВМ выпускались на Заводе
счетно-аналитических машин (САМ) в Москве, в Минске, Пензе, Казани и Ереване.
За 20 лет было выпущено три поколения ЕС ЭВМ, близкие по архитектуре семействам
IBM-360 и 370. Как уже говорилось, машины одного семейства различались по
производительности. Быстродействие ЕС ЭВМ первой очереди, например,
варьировалось от 20 тыс. оп/с в самой младшей модели ЕС-1020 до 500 тыс.оп/с в
наиболее мощной ЕС-1050.
В машинах третьего поколения разрабатывалась более
гибкая система прерываний, позволяющая синхронизировать работу центрального
процессора, процессоров ввода/вывода и должным образом реагировать на аварийные
ситуации в программах пользователя. Мультипрограммный режим работы компьютера
требовал создания мощных средств защиты памяти. Создавались механизмы
динамического распределения памяти, совершенствовались операционные системы.
Такое преобразование плюс развитая система прерываний
и механизмы защиты памяти позволили реализовать в разрабатываемой системе для
ЭВМ мультипрограммный режим и режим разделения времени, которые позволяли
совместить на одной машине выполнение нескольких управляющих задач, а также
разработку управляющих программ.
Использование новой элементной базы позволило
существенно повысить быстродействие и объем оперативной памяти нового поколения
машин. Значительно расширилась номенклатура внешних устройств – появились
накопители на сменных магнитных дисках, алфавитно-цифровые и графические
дисплеи, графопостроители и т.д.
Но к сожалению, Основным сдерживающим моментом в
дальнейшем совершенствовании ЕС ЭВМ была, безусловно, элементная база. До 1990
года, когда с началом экономической реформы производство машин фактически
прекратилось, ЕС так и не перешли на сверхбольшие интегральные схемы.
Технологии Министерства электронной промышленности не позволяли создавать
элементы на микросхемах меньше 2 микрон, поэтому последние разработки серии
оснащались микросхемами памяти емкостью лишь 64 Кбит (!).