Реферат скачан с сайта allreferat wow ua




Скачать 387.67 Kb.
НазваниеРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Дата публикации26.03.2014
Размер387.67 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > Информатика > Реферат
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Выдающиеся отечественные и зарубежные учёные, внёсшие существенный вклад в развитие и становление информатики

Новосибирский государственный техническийуниверситет Реферат по дисциплине концептуальные основы информатики.ТЕМА: Выдающиеся отечественные и зарубежные учёные, внёсшие существенныйвклад в развитие и становление информатикиГруппа: АМ-216Студент: Сараев В.Ю. Новосибирск 2002Содержание: o Введение o Блез Паскаль o Шарль Ксавье Томас де Кольмар o Чарльз Бэббидж o Герман Холлерит o Электромеханическая вычислительная машина "Марк 1« o Создание транзистора o М-1 o М-2 o Дальнейшее развитие информатики o Список используемой литературыИнформатика - наука об общих свойствах и закономерностях информации, атакже методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования вразличных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась врезультате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации,разработку методов и языков программирования, математическую теориюпроцессов передачи и обработки информации.В развитии вычислительной техники обычно выделяют несколько поколений ЭВМ:на электронных лампах (40-е-начало 50-х годов), дискретныхполупроводниковых приборах (середина 50-х-60-е годы), интегральныхмикросхемах (в середине 60-х годов).История компьютера тесным образом связана с попытками человека, облегчитьавтоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметическиеоперации с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтомууже древности появилось простейшее счётное устройство-абак. В семнадцатомвеке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложныематематические расчеты.[pic] [pic]Блез Паскаль(1623 - 1662) счетноеустройствоВ 1641 году французский математик Блез Паскаль, когда ему было 18 лет, онизобрёл счетную машину - "бабушку" современных арифмометров. Предварительноон построил 50 моделей. Каждая последующая была совершеннее предыдущей. В1642 году французский математик Блез Паскаль конструировал счетноеустройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора,которому приходилось производить немало сложных вычислений. УстройствоПаскаля "умело" только складывать и вычитать. Отец и сын вложили в созданиесвоего устройства большие деньги, но против счетного устройства Паскалявыступили клерки, они боялись потерять из-за него работу, а такжеработодатели, считавшие, что лучше нанять дешевых счетоводов, чем покупатьновую машину. Юный конструктор записывает, не зная еще, что мысль его навека обгоняет свое время: "Вычислительная машина выполняет действия, болееприближающиеся к мысли, чем всё то, что делают животные". Машина приноситему популярность. Оценить его формулы и теоремы могут лишь считанные люди,а тут - подумать только! Машина считает сама!! Это мог оценить любойсмертный, и вот толпы людей торопятся в Люксембургский сад, чтобы поглазетьна чудо-машину, о ней пишут стихи, ей приписывают фантастическиедобродетели. Блез Паскаль становится знаменитым человеком.Два столетия спустя, в 1820 француз Шарль Ксавье Томас де Кольмар(1785...1870) создал Арифмометр, первый массово производимый калькулятор.Он позволял производить умножение, используя принцип Лейбница, и являлсяподспорьем пользователю при делении чисел. Это была самая надежная машина вте времена; она не зря занимала место на столах счетоводов Западной Европы.Арифмометр так же поставил мировой рекорд по продолжительности продаж:последняя модель была продана в начале XX века.Чарльз Бэббидж (1791-1871)Чарльз Бэббидж проявил свой талант математика и изобретателя весьма широко.Перечисление всех новаций, предложенных ученым, получится довольно длинным,однако в качестве примера можно упомянуть, что именно Бэббиджу принадлежаттакие идеи, как установка в поездах «черных ящиков» для регистрацииобстоятельств аварии, переход к использованию энергии морских приливовпосле исчерпания угольных ресурсов страны, а также изучение погодныхусловий прошлых лет по виду годичных колец на срезе дерева. Помимосерьезных занятий математикой, сопровождавшихся рядом заметныхтеоретических работ и руководством кафедрой в Кембридже, ученый всю жизньстрастно увлекался разного рода ключами-замками, шифрами и механическимикуклами.Во многом благодаря именно этой страсти, можно сказать, Бэббидж и вошел висторию как конструктор первого полноценного компьютера. Разного родамеханические счетные машины были созданы еще в XVII-XVIII веках, но этиустройства были весьма примитивны и ненадежны. А Бэббидж, как один изоснователей Королевского астрономического общества, ощущал оструюпотребность в создании мощного механического вычислителя, способногоавтоматически выполнять длинные, крайне утомительные, но очень важныеастрономические калькуляции. Математические таблицы использовались в самыхразнообразных областях, но при навигации в открытом море многочисленныеошибки в таблицах, рассчитанных вручную, бывало, стоили людям жизни.Основных источников ошибок было три: человеческие ошибки в вычислениях;ошибки переписчиков при подготовке таблиц к печати; ошибки наборщиков.Будучи еще весьма молодым человеком, в начале 1820-х годов Чарльз Бэббиджнаписал специальную работу, в которой показал, что полная автоматизацияпроцесса создания математических таблиц гарантированно обеспечит точностьданных, поскольку исключит все три этапа порождения ошибок. Фактически всяостальная жизнь ученого была связана с воплощением этой заманчивой идеи вжизнь. Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем, получилоназвание «разностная машина», поскольку в вычислениях опиралось на хорошоразработанный метод конечных разностей. Благодаря этому методу все сложнореализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкампростых сложений известных разностей чисел.Хотя работоспособный прототип, подтверждающий концепцию, был построенблагодаря правительственному финансированию весьма быстро, сооружениеполноценной машины оказалось делом весьма непростым, поскольку требовалосьогромное количество идентичных деталей, а индустрия в те времена только-только начинала переходить от ремесленного производства к массовому. Такчто попутно Бэббиджу пришлось самому изобретать и машины для штамповкидеталей. К 1834 году, когда «разностная машина № 1» еще не была достроена,ученый уже задумал принципиально новое устройство - «аналитическую машину»,явившуюся, по сути дела, прообразом современных компьютеров. К 1840 годуБэббидж практически полностью завершил разработку «аналитической машины» итогда же понял, что воплотить ее на практике сразу не удастся из-затехнологических проблем. А потому он начал проектировать «разностную машину№ 2» - как бы промежуточную ступень между первым вычислителем,ориентированным на выполнение строго определенной задачи, и второй машиной,способной автоматически вычислять практически любые алгебраические функции.Мощь общего вклада Бэббиджа в информатику заключается, прежде всего, вполноте сформулированных им идей. Ученым была спроектирована система,работа которой программировалась через ввод последовательности перфокарт.Система была способна выполнять разнообразные типы вычислений и настолькогибка, насколько это могли обеспечить инструкции, подаваемые на вход. Инымисловами, гибкость «аналитической машины» обеспечивалась благодаря«программному обеспечению». Разработав чрезвычайно развитую конструкциюпринтера, Бэббидж стал пионером идеи компьютерного ввода-вывода, посколькуего принтер и пачки перфокарт обеспечивали полностью автоматический ввод ивывод информации при работе вычислительного устройства.Были сделаны и дальнейшие шаги, предвосхитившие конструкцию современныхкомпьютеров. «Аналитическая машина» Бэббиджа могла хранить промежуточныерезультаты вычислений (набивая их на перфокарты), чтобы обработать ихвпоследствии или использовать один и тот же промежуточный массив данных длянескольких разных калькуляций. Наряду с разделением «процессора» и«памяти», в «аналитической машине» были реализованы возможности условныхпереходов, разветвляющих алгоритм вычислений, и организации циклов длямногократного повторения одной и той же подпрограммы. Не имея под рукойреального вычислителя, в своих теоретических рассуждениях Бэббиджпродвинулся настолько, что сумел глубоко заинтересовать и привлечь кпрограммированию своей гипотетической машины дочь Джорджа Байрона АвгустинуАду Кинг, графиню Лавлейс, обладавшую бесспорным математическим дарованиеми вошедшую в историю как «первый программист».К сожалению, Чарльзу Бэббиджу не довелось увидеть воплощения большинства изсвоих революционных идей. Работу ученого всегда сопровождали несколькоочень серьезных проблем. Его крайне живой ум совершенно не был способенудержаться на месте и дождаться завершения очередного этапа. Едвапредоставив мастерам, чертежи изготовляемого узла, Бэббидж тут же начиналвносить в него поправки и добавления, непрерывно отыскивая пути дляупрощения и улучшения работы устройства. Во многом именно из-за этогопрактически все начинания Бэббиджа так и не были доведены до конца при егожизни. Другая проблема - весьма конфликтный характер. Вынужденный постоянновыбивать под проект деньги в правительстве, Бэббидж тут же мог выдаватьтакого рода фразы: «Меня дважды спрашивали [члены парламента]: „А скажите,мистер Бэббидж, если заложить в машину неверные числа, на выходе она всеравно выдаст правильный ответ?“ Я не в состоянии постичь, какую же кашунадо иметь в голове, чтобы она порождала подобного рода вопросы»… Понятно,что при такой натуре и склонности к резким суждениям ученый постоянно имелтрения не только со сменявшими друг друга правительствами, но и с духовнымивластями, недолюбливавшими вольнодумца, и с мастерами, изготовлявшими узлыего машин.Однако вплоть до начала 1990-х годов общепринятое мнение было таково, чтоидеи Чарльза Бэббиджа слишком опережали технические возможности еговремени, а потому спроектированные вычислители в принципе невозможно былопостроить в ту эпоху. И лишь в 1991 году, к двухсотлетию со дня рожденияученого сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году - еще и 3,5-тонный принтерБэббиджа. Оба устройства, созданные по технологиям середины XIX века,превосходно работают и наглядно демонстрируют, что история компьютероввполне могла начаться сотней лет раньше.[pic] [pic]В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первуюэлектромеханическую счётную машину. А дело было так. Родители Германа быливыходцами из Германии, в 1848 году они покинули родину, спасаясь откошмара, который воцарился в стране благодаря стараниям революционных масс.Двенадцать долгих лет ушло у них на строительство дома в Буффало, поискдостойной работы и производство на свет сына. Мальчик получился на славу, асама дата рождения - 29 февраля 1860 года - сулила ему жизнь, насыщеннуюнезаурядными событиями. О младенческих годах Германа ничего не известно(дело семейное). В школу он ходил с явной неохотой и имел среди учителейрепутацию, ребенка одаренного, но дурно воспитанного и ленивого. Недавались ему ни грамматика, ни каллиграфия, не приводили его в восторг ниотечественная история, ни труды основоположников молодого демократическогогосударства. Значительно лучше дела обстояли с естественными и точныминауками. Помимо этого, юноша с удовольствием и не без таланта рисовал.Проблемы с учебой объяснялись тем, что Герман страдал довольнораспространенным заболеванием - дисграфией и испытывал серьезные трудностипри необходимости записывать что-либо от руки. Дисграфия в разное времяпортила жизнь многим замечательным людям, среди них, известный физик ЛевДавидович Ландау, знаменитый голливудский актер Том Круз и многие другие.Возможно, именно этот дефект и спровоцировал интерес Германа к машинам имеханизмам, эффективно подменяющим ручной труд.Меж тем учителям нашего героя не было дела до медицинской стороны вопроса."Палочки должны быть попендикулярны!" И однажды, после многократногопереписывания одной и той же страницы текста по указке настырногопесталоцци (в целях вырабатывания изящного и разборчивого почерка), Германраз и навсегда покинул стены муниципального среднего учебного заведения,аккуратно прикрыв за собой входную дверь. Было ему тогда 14 лет. В течениегода единственным учителем Германа был лютеранский священник, не толькоразучивавший с ним псалмы, но и подготовивший его к поступлению впрестижный Нью-йоркский Сити Колледж. За последующие четыре года юноша сотличием закончил означенное выше учебное заведение и поступил на службу вКолумбийский университет, на кафедру математики знаменитого профессораТроубриджа. Вскоре его патрона призвали возглавить Национальное бюро цензовСША, занимавшееся, в частности, сбором и статистической обработкойинформации при переписи населения Штатов. Троубридж пригласил Холлерита засобой. Новое назначение было весьма привлекательным, поскольку сулилоработу по решению грандиозных вычислительных задач, связанных с предстоящейочередной переписью американских граждан в 1880 году. Но работа средипереписчиков не принесла никакой радости Герману Один только вид этихскарабеев, вечно чирикающих перьями, навевал на него неизбывную тоску.Палочки, крючочки, палочки, крючочки: Каждые десять лет, согласноустановленному некогда правилу, государственные бумагомараки всех странначинали очередную перепись сограждан, которая всякий раз затягивалась намногие годы и давала результат весьма далекий от истинного положения вещей.Кроме всего прочего, требования к предоставляемой информации год от годаросли. Теперь уже недостаточно было сказать, что в городе Нью-Йоркепроживают 100 тысяч жителей. Статистикам было необходимо точно установить,что 85% из них говорят по-английски, 55% - женщины, 35% - католики, 5% -коренные индейцы, а 0,05% - помнят первого президента США.Тогда-то и родилась идея механизации труда переписчиков с использованиеммашины, подобной жаккардовому ткацкому станку. Фактически, впервые сама этамысль была высказана коллегой Холлерита доктором естествознания Джоном Шоу.Увы, идея так и повисла в воздухе, не материализовавшись в железе. Конечно,в ту пору уже всему прогрессивному человечеству была известна удивительнаявычислительная машина англичанина Чарльза Бэббиджа, но и она существовала вединственном экземпляре и не находила никакого практического применения.Честолюбивому Герману не давали покоя перспективы, которые открывались быперед создателем такого рода счетной машины, будь она поставлена нагосударственную службу. Он искренне полагал, что американцев удастсяубедить в перспективности использования счетных аппаратов, тем более чтоодно практическое применение - перепись сограждан - было налицо. А крометого, так хотелось заставить подавиться своими промокашками всех этихбездарей, которые вечно шпыняли его тем, что он не мог толком вывести дажесвою подпись.В 1882 году Холлерит устроился преподавателем прикладной механики вМассачусетском Технологическом Университете. На службу он добирался напоезде. И вот однажды, когда изобретатель, утомленный думами о своеммеханическом детище, мирно дремал, его покой потревожил контролер. Холлеритавтоматически протянул ему проездную карту, контролер с меланхолическимвидом многократно ее продырявил и вернул владельцу. Владелец еще с минутуозадаченно смотрел на безнадежно испорченный кусочек картона, потомхихикнул и с идиотской ухмылкой на губах доехал до станции назначения. Едвавыйдя из вагона, он вприпрыжку домчался до дверей лаборатории и заперся тамна несколько дней.[pic] [pic]Прервём наше повествование ради чрезвычайно любопытной справки:американские кондукторы в те годы изобрели весьма оригинальный способборьбы с мошенничеством на железных дорогах и кражей проездных билетов, накоторых (в целях экономии средств) не было ни серийных номеров, ни фамилийвладельцев. Проверяющий компостером делал дырки в условных местах набилете, помечая таким образом пол, цвет волос и глаз пассажира. Врезультате получалась своеобразная перфокарта, в какой-то мере позволяющаяидентифицировать истинного владельца билета. Но вернёмся к нашему герою...Вскоре в лаборатории поселился неуклюжий монстр, собранный, в основном, изметаллического лома, найденного на роскошных университетских помойках. Кое-какие детали пришлось заказать из Европы. Примечательно, что в первом своемвоплощении счетная машина Холлерита использовала перфорированную ленту.Лента скользила по изолированному металлическому столу, сверху онаприжималась металлической же полосой с рядом не жестко закрепленных иокругло сточенных гвоздей. В случае попадания "гвоздя" в отверстие на лентефиксировалось замыкание электрического контакта, электрический импульсприводил в движение счетный механизм. Таким примитивным, но весьмаэффективным образом осуществлялось считывание информации. Но вскореХоллерит разочаровался в ленте, поскольку она быстро изнашивалась ирвалась, кроме того, довольно часто из-за высокой скорости движения лентыинформация не успевала считываться. Поэтому, в конце концов, под давлениемсвоего родного тестя Джона Биллингса, в качестве носителей информацииХоллеритом были избраны перфокарты. Спустя сто лет, компьютерщики вновьсочли идею считывания информации с ленты более перспективной. Но это, какпринято говорить, совсем другая история.Изобретательская деятельность настолько захватила Холлерита, что это немогло не сказаться на качестве его преподавания. Кроме того, он не любилмаячить перед студентами и всячески стремился избегать необходимостиелозить мелом по доске. Поэтому, когда в 1884 году ему предложили местостаршего служащего в Национальном патентном бюро, он не колебался ниминуты. Спустя несколько месяцев Холлерит оформил на свое имя патент насозданный им перфокарточный табулятор. Машина была опробована встатистических бюро Нью-Йорка, Нью-Джерси и Балтимора. Начальство осталосьдовольным и рекомендовало изобретение Холлерита на конкурс среди систем,рассматриваемых правительством США в качестве базовых для механизации трудапереписчиков во время грядущей переписи населения в 1890 году. МашинеХоллерита не нашлось равных, и поэтому было спешно организовано созданиепромышленного образца перфокарточного табулятора в конструкторском бюроПратта и Уитни (построивших позже знаменитый самолетный двигатель).Производство было доверено Западной Электрической Компании. А уже в июне1890 началась первая в истории "механизированная" перепись населения. Всегов тот год в США были зарегистрированы 62.622.250 граждан, вся процедураобработки результатов заняла менее трех месяцев, сэкономив 5 бюджетныхмиллионов (весь госбюджет США того года исчислялся всего лишь десяткамимиллионов долларов). Для сравнения, перепись населения 1880 года заняласемь лет. Помимо скорости новая система давала возможность сравнениястатистических данных по самым различным параметрам. Так, например, впервыебыли получены реальные оперативные данные по детской смертности в различныхштатах.Начался звездный период в жизни Холлерита. Он получил небывалый по темвременам гонорар в десять тысяч долларов, ему была присвоена ученая степеньдоктора естествознания, его систему взяли на вооружение (выплатив немалыеденьги за право пользования патентом) канадцы, норвежцы, австрийцы, а позжеи англичане. Институт Франклина наградил его престижной медалью ЭллиотаКрессона. Французы вручили ему золотую медаль на Парижской выставке 1893года. Едва ли не все научные общества Европы и Америки записали его в"почетные члены". Позже историографы мировой науки назовут его "первым вмире статистическим инженером". В 1896 году выдоенные из заслуженной славысредства Герман Холлерит вложил без остатка в создание Tabulating MachineCompany (TMC). К этому времени счетные машины были значительноусовершенствованы: автоматизированы процедуры подачи и сортировкиперфокарт. В 1900 году госдепартамент вновь утвердил систему TMC в качествебазовой для "юбилейной" переписи населения. Хотя за свой патент Холлерит изапросил неслыханную сумму в 1 миллион долларов. Все эти деньги онпредполагал использовать для развития производства.Но нашлись чиновники, которые обвинили Холлерита в стяжательстве, ставящемпод угрозу государственные интересы Америки. Было принято решение строитьновую государственную систему переписи населения с использованиемтехнологий TMC, однако в обход патентов Холлерита. В этой истории естьизрядная червоточина, ибо патенты на "новые" машины были зарегистрированына имя некоего инженера Джеймса Пауерса - одного из сотрудниковНационального бюро по переписи населения и бывшего коллегу Холлерита. Асразу после завершения очередной переписи в 1911 году, Пауерс сумел создатьсобственную Powers Tabulating Machine Company (PTMC) - прямого конкурентаTMC. До сих пор специалисты спорят об источниках финансирования этого"старт-апа". Новое предприятие вскоре разорилось, но и TMC не сумелаоправиться после потери государственного заказа.В 1911 году весьма далекий от науки бизнесмен Чарльз Флинт создал ComputerTabulating Recording Company (CTRC), в которую составной частью вошла иизрядно потрепанная компания Холлерита. Бывшего директора TMC перевели надолжность технического консультанта. Увы, новая компания тоже непроцветала. CTRC поднялась лишь в 1920 году, за год до увольненияХоллерита, благодаря умелым действиям нового директора Томаса Ватсона. В1924 Ватсон переименовал CTRC в знаменитейшую ныне IBM (InternationalMachines Corporation). Поэтому именно его и принято считать отцом-основателем IBM.Пятью годами позже управляющий делами IBM подписал бумагу о выделениинеобходимой суммы на похоронный ритуал прощания с телом коллеги, мистераГермана Холлерита. Кроме того, был подписан документ о прекращении выплатыежемесячной пенсии и нулевых расходах на оплату материальных претензий состороны родственников, в виду отсутствия оных. (Палочки, крючочки, палочки,крючочки:) На похоронах присутствовали члены совета директоров компании IBMи еще несколько человек. Суровый молодой человек держал бархатную подушечкус золотыми, серебряными и бронзовыми медалями. Эту подушечку имногочисленные патенты (число более 30) на имя Холлерита сегодня можноувидеть в музее славы IBM.Кстати ему так и не досталось ни одной акции IBM, хотя именно еготабуляционные машины принесли в итоге баснословные дивиденды счастливымакционерам. Дальнейшее развитие науки и техники позволии в 1940-х годахпостроить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном изпредприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университетапо заказу ВМС США была создана машина «Марк-1».Это был монстр весом в 35тонн.Электромеханическая вычислительная машина "Марк 1"[pic] «Марк-1» был основан на использованииэлектромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированнымина перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов.Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в1943 американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительноймашины наоснове электронных ламп. В 1946 была построена первая электроннаявычислительная машина ENIAC. Её вес составлял 30 тонн, она требовала дляразмещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханическихдеталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичнойсистеме и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения всекунду.Машины на электронных лампах работали существенно быстрее, но самиэлектронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцыДжон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Бредфорд Шокли предложилииспользовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковыеэлементы-транзисторы.[pic]На снимке — авторы эпохальногоизобретения: Шокли (сидит),Бардин (слева) и Бриттен (справа)Джон БАРДИН ( 23.V 1908) - американский физик, член Национальной АкадемииНаук (1954). Родился в Мэдисоне. Окончил Висконсинский (1828) иПринстонский университеты. В 1935 - 1938 работал в Гарвардскомуниверситете, в 1938 - 1941 - в Миннесотском, в 1945 - 1951 - влабораториях Белл - телефон, с 1951 - профессор Иллинойского университета.Работы посвящены физике твёрдого тела и сверхпроводимости. Вместе сУ.Браттейном открыл в 1948 транзисторный эффект и создал кристаллическийтриод с точечным контактом - первый полупроводниковый транзистор(Нобелевская премия, 1956). Совместно с Дж.Пирсоном исследовал большоеколичество образцов кремния с различным содержанием фосфора и серы ирассмотрел механизм рассеяния на донорах и акцепторах (1949). В 1950 с У.Шокли ввёл понятие деформационного потенциала. Независимо от Г.Фрёлихапредсказал (1950) притяжение между электронами за счёт обмена виртуальнымифотонами и в 1951 провёл вычисления притяжения между электронами,обусловленного обменом виртуальными фононами. В 1957 совместно с Л.Купероми Дж.Шриффером построил микроскопическую теорию сверхпроводимости (теорияБардина - Купера - Шриффера) (Нобелевская премия, 1972). Развил теориюэффекта Мейсснера на основе модели с энергетической щелью, независимо отдругих обобщил в 1958 теорию электромагнитных свойств сверхпроводников наслучай полей произвольной частоты. В 1961 предложил в теории туннелированияметод эффективного гамильтониана (модель туннелирования Бардина), в 1962вычислил критические поля и токи для тонких плёнок.В 1968 - 1969 был президентом Американского физического общества. МедальФ.Лондона (1962), Национальная медаль за науку (1965) и др.30 июня 1948 года Ральф Боун, заместитель директора по науке лаборатории«Белл-телефон», сообщил журналистам о новом изобретении: «Мы назвалиего транзистор, — он даже запнулся на этом новом слове, — посколькуэто сопротивление (resistor — по-английски) из полупроводника, котороеусиливает электрический сигнал ». По сравнению с громоздкими вакуумнымилампами того времени транзистор выполнял те же функции с гораздо меньшимпотреблением энергии и вдобавок имел много меньшие размеры.|[pic] ||Так выглядел первый ||твердотельный усилитель|| || |Но пресса не обратила практически никакого внимания на этот маленькийцилиндрик с торчащими проводками. Никто из репортеров, приглашенныхна пресс-конференцию, не смог представить размах будущего распространенияэтого изобретения века.Издатель такого супермонстра, как «Нью-Йорк таймс», отвел сообщению местона сорок шестой странице своего издания в разделе «Новости радио ». Послеизвестия о том, что вместо еженедельной программы «Радиотеатр «пойдетсериал «Наша мисс Брукс», сообщалось, что «вчера в лаборатории Беллабыл продемонстрирован новый прибор под названием транзистор,предназначенный для замены вакуумных трубок. Этот маленький металлическийцилиндр размером в полдюйма не содержит сетки, электродов или стеклянногобаллончика. Для него нет необходимости во времени разогрева ».В то утро было слишком много других новостей, чтобы рождение транзисторабыло замечено. В начале недели советские войска отказались пропускатьтранспорт с продуктами в Западный Берлин. США и Великобритания ответилицелым потоком самолетов в заблокированный город, забросив туда тысячи тоннпродуктов и топлива, необходимых для нормальной жизни более двух миллионовберлинцев. Начиналась холодная война…Даже для самих изобретателей транзистор с самого начала был всего лишькомпактной и экономичной заменой вакуумных трубок. В послевоенные годыэлектронные цифровые компьютеры занимали огромные комнаты и требовалидоброго десятка обслуживающих их специалистов для регулярной заменыперегоревших ламп. Только вооруженные силы и правительство могли позволитьсебе расходы на подобных гигантов.Но сегодня мы можем сказать, что без того удивительного изобретения никогдане смогла бы наступить Информационная Эпоха. Небольшой цилиндрик, которыйизобрели полвека назад Бардин, Браттейн и Шокли, совершенно переменил мир,окружающий нас. Стоит поговорить о том, как они это сделали.Начальству открытие транзисторного эффекта было продемонстрированона полгода раньше, 23 декабря 1947 года. Честно говоря, сообщение былоочень коротким. Уолтер Браттейн произнес несколько вводных слов и включилоборудование. На экране осциллографа было четко видно, как подаваемыйсигнал резко увеличивался на выходе транзистора. Потом Браттейн зачиталнесколько строк из лабораторного журнала испытаний, после чего демонстрациябыла закончена. От руководства компании «Белл «на ней присутствовали двое:заместитель директора по науке Ральф Боун и эксперт лаборатории ХарвиФлетчер. Никто не может сказать, что они подумали, но, по словам очевидцев,физиономии у них были достаточно кислыми. Вероятно, как и все нормальныеначальники, Боун и Флетчер ждали рассказов об экономическом эффектеи внедрении. Но ничего такого высказано не было, а открытие-то было,наверное, второе по значимости после того, как за 70 лет до него АлександрБелл позвал своего ассистента через первый в мире телефон: «Мистер Ватсон,вы мне нужны ».Вильям Шокли начал мечтать о полупроводниковом усилителе десятилетиемраньше, но ему ничего не удавалось сделать до тех пор, пока в 1945 годув лабораторию Белла не пришел блестящий теоретик Джон Бардин. Он вначалесидел в одной комнате с не менее блестящим экспериментатором УолтеромБраттейном, занимающимся полупроводниками аж с 1930 года. Будучи полнойпротивоположностью друг другу по склонностям и темпераменту, они сдружилисьна почве общего дела и частой игры в гольф. Именно их совместная работав подразделении Шокли и привела к открытию.Первые месяцы после него Шокли буквально разрывали противоречивые эмоции. Содной стороны, рядом с ним сделано выдающееся открытие, которое назвали«лучшим рождественским подарком лаборатории Белла ». С другой — его вкладав открытие практически не было, хотя он бился над ним десять лет.Но это противоречие сильно помогло транзистору. Сразу же после открытияШокли исписывает страницу за страницей своих рабочих тетрадей, соединяяновое изобретение (суть и значимость которого он понимал, наверное, лучшевсех) со своими старыми разработками. Бардин и Браттейн быстро потерялиинтерес к чисто технологическим упражнениям своего шефа, и в их отношенияхк концу сороковых годов наметилась определенная холодность. В 1951 годуБардин ушел на профессорскую должность в университет штата Иллинойс,а Браттейн отклонился от флагманского курса лаборатории и занималсясамостоятельными исследованиями. Пути трех первооткрывателей пересеклисьопять в Стокгольме, где им вручали Нобелевскую премию за 1956 год.Лишь к середине пятидесятых годов физики и инженеры начали осознавать рольи значение транзистора, широкие же массы населения оставались в полномневедении. Миллионы радио- и телевизионных приемников по-прежнемупредставляли собой огромные ящики, заполненные электровакуумными лампами.После их включения приходилось ждать минуту, а то и больше, до началаработы, пока лампы разогревались. В 1954 году под транзисторомеще подразумевалось нечто дорогое и изощренно-лабораторное с весьмаспецифическими применениями типа слуховых аппаратов и военной связи. Нов этом году все изменилось: небольшая компания из Далласа начала выпускатьтранзисторы для портативных радиоприемников, которые продавалисьза полсотни долларов. В то же время на рынке транзисторов появиласьмаленькая и никому неизвестная японская компания с приятным названием Sony,лучше американцев оценившая их перспективность.В конце пятидесятых каждый приличный американский подросток имелтранзисторный приемник. Но первые транзисторные телевизоры сделала Sony,и монополия США стала таять, не успев развиться.Шокли, правда, тоже не терял времени и в 1955 году основал в севернойКалифорнии полупроводниковую компанию, ставшую началом всемирно известной«Кремниевой долины ». Можно сказать, что Бардин, Браттейн и Шокли высеклипервую искру, из которой разгорелся великий электронный информационныйкостер — у него все мы сегодня греемся.Спустя полвека, возможно, как и полагается великому изобретению, историяего создания обрастает легендами. Недавно она получила неожиданноеразвитие.Небольшая компания АСС из американского штата Нью-Джерси заявила,что находится на пороге создания накопителя информации, равного которомуна планете не было и нет. Емкость его — 90 гигабайт, и он в тысячураз превосходит по скорости считывания самый быстрый из жестких дисков IBM.Мало того, по размерам он не превышает большой монеты или жетонадля казино.Президент АСС Джек Шульман называет технологию, по которой создан прибор,«transcapasitor ». По его словам, есть основания утверждать, что информациядля ее воспроизводства извлечена из останков НЛО, якобы потерпевшегокрушение в 1947 году в районе города Росвелл в штате Нью-Мексико. Материалыбыли переданы Шульману его знакомым, бывшим военным.«Вначале я отнесся к его словам крайне недоверчиво и попросил предоставитьдоказательства, — рассказывает Шульман. — Тогда он прикатил четыре тележкис документами секретной научной лаборатории Министерства обороны. Экспертыподтвердили, что документы датируются серединой сороковых годов. Почтииз чистого интереса мы воспроизвели по чертежам устройство, напоминающееполупроводниковый прибор. Оно заработало! Нам нужно 18 — 20 месяцев, чтобыдовести образец до промышленной серии ». На все просьбы показать образецэкспертам крупных компаний Шульман дает отказ, мотивируя его тем, что покаустройство не запатентовано.Итак — опять «зеленые человечки»? В компьютерной сети «Интернет «естьуже специальная страница (www.accpc.com/roswell.html), посвященная новойтехнологии. Информация о работе Шульмана прошла в серьезном американскомиздании «PC World Online «и российском — «Computer World ». Мало того,редактор последнего опубликовал обширный комментарий о другом неожиданномсобытии — появлении транзистора.Ведь он был изобретен как раз тогда, когда произошло это самое «нечто «вамериканском Росвелле. Высказываются гипотезы, что и его могли «подбросить«нам незадачливые инопланетяне. Аргументы сторонников подобных размышленийопираются на то, что транзистор был представлен общественности практическиодновременно с первым объявлением в печати, сообщавшем о работе в абсолютноновом направлении. Есть слухи, что на месте «гибели инопланетян«американские военные нашли фрагменты кремния точь-в-точь с темиже свойствами, которыми обладал первый транзистор. При этом в СССР,несмотря на высокий уровень развития в нем науки, ничего похожего сделаноне было…Единственное, что сильно смущает: статья о новом накопителе и рассужденияредактора о транзисторе напечатаны в номере от 31 марта 1998 года. Хотьи не первое апреля, но все же очень, очень близко…Сегодня: проблемы и поискиЯ пишу эту статью на компьютере, содержащем десять миллионовтранзисторов, — неплохое количество «душ «для владельца. И стоятони меньше, чем жесткий диск и дисплей. Даже десять миллионов скрепок стоятбольше. Транзисторы продаются за бесценок потому, что сорок лет инженерыусиленно трудились над размещением все большего их числа на одной пластинекремния. Ежегодно число транзисторов на одной плате удваивается — сколькоже будет продолжаться этот процесс?|[pic] ||Эволюция транзисторов ||и интегральных схем — 1948 || |Уже не раз скептики предсказывали, что близок физический пределминиатюризации, и каждый раз факты опровергали эти мрачные прогнозы. Чтобыне прослыть ни скептиком, ни фантазером, хочу поговорить максимальнообъективно о том, как будет развиваться твердотельная электроникаи чем ей сможет помочь наука.Некоторые физические ограничения неизбежно возникнут при постоянном сжатииразмера транзистора. Задача соединения этих микроэлементов может статьневыполнимой. Уменьшение размера электрического контура приводит к тому,что приходится иметь дело с сильными электрическими полями, влияющимина движение электронов по проводникам. Кроме этого, постоянно растеттепловыделение. И наконец, размеры элементов становятся сравнимы с длинойволны излучения, при помощи которого они изготавливаются, — еще одинпредел.Чтобы почувствовать взаимодействие этих пределов, давайте взглянемна работу современного полевого транзистора. По сути дела, это реле,принимающее два значения — ноль или единицу. В больших системах входныесигналы управляют транзисторами, которые передают обработанные сигналына выход. Транслируются сигналы по проводникам, поэтому именно проводникиопределяют работу того же компьютера.|[pic] ||Эволюция транзисторов ||и интегральных схем — ||1958 || |Полевой транзистор содержит канал и три электрода: катод испускаетэлектроны, анод их получает, а сетка управляет проводимостью канала. Еслиэлектроны доходят от катода до анода, то транзистор открыт и находитсяв положении «включен ». Это возможно, если на сетку (по-английски этоттермин звучит «gate «- ворота) подан положительный потенциал. Какраз на сетку и подается входящий сигнал, он может либо запереть транзистор,либо открыть его.Но все это работает только в том случае, если проводники достаточно хорошоизолированы друг от друга. Прежде безопасным расстоянием считалось десятьнанометров — на нем никак не проявляются такие квантовые эффекты,как туннелирование электронов. Однако в лабораториях уже исследуетсярасстояние в три нанометра — ожидается, что промышленное производствоподступит к нему в пределах десяти лет.Недавно ученые из лаборатории «Белл-телефон «изготовили «самый миниатюрныйработающий транзистор «- его поперечный размер 60 нанометров, это всего-навсего длина цепочки из 180 атомов. Этот транзистор в четыре раза меньшесамого маленького из ранее созданных, он успешно работает и показываетрекордные величины усиления. Потребление энергии у него в сто раз меньше,чем у современных транзисторов. И это хорошая новость.Но вместе с тем есть и плохая: исследователи обнаружили, что идеттуннелирование электронов через подложку, отделяющую канал проводимостиот управляющей сетки. Пока оно не влияет на протекающий ток, но надотщательнее изучить его последствия. По мнению руководителя работ СтивенаХилениуса, дальнейшее уменьшение параметров невозможно: «Похоже, мы сделалипервый из последнего поколения транзисторов ».|[pic] ||Эволюция транзисторов ||и интегральных схем — ||1964 || |В чем причина такого пессимизма? Да все в тех же названных проблемах.Прежде всего — в росте локальных значений электрического поля, которыйнеизбежно сопровождает миниатюризацию. При комнатной температуре электроныдвижутся так же, как и под действием напряжения в 0,026 вольт. Эта величинаназывается «тепловым напряжением ». Поэтому управляющий сигнал должен бытьзаметно больше, чтобы преодолеть случайные колебания. Для транзисторовна основе кремния характерные величины подаваемых напряжений — от половинывольта до вольта. Даже такое небольшое напряжение, приложенное на оченьмалых расстояниях, порождает огромные электрические поля (напряженностьполя равна напряжению, деленному на расстояние) и может привести к пробоювоздуха, что, естественно, нарушит работу прибора. Нынешние транзисторыуже работают на пределе такого пробоя.Миниатюризация увеличивает тепловыделение на каждый квадратный сантиметр.Причина чисто геометрическая: размеры проводов уменьшаются в одномнаправлении, а площадь кристалла сверхбольшой интегральной схемы (чипа) —в двух. Современные устройства выделяют до 30 ватт на квадратный сантиметр,это аналогично нагреву вещества до 1200 градусов, в десять раз вышекухонной скороварки. Конечно, подобного перегрева допускать нельзяни в коем случае, поэтому разработано множество технологий охлаждения,которые, к сожалению, сильно удорожают стоимость чипов.Следующая сложность связана с промышленным производством транзисторов. Ихвыжигают на подложках излучением, потом различные химические реакциидоводят дело до конца. Но излучение трудно сфокусировать на большойплощади, температура подложки может слегка меняться — это приводитк незначительным вариациям свойств разных транзисторов, что недопустимо.Причем с уменьшением размеров все сложности возрастают.|[pic] ||Эволюция транзисторов ||и интегральных схем — 1973 || |Возрастает стоимость устройств, создающих выжигающее излучение,да и поддержки подложек должны быть все более точными. Контроль качествастановится сложной и дорогостоящей процедурой.Чтобы создавать новые и все более миниатюрные чипы, совершенно необходимопросчитывать конструкцию на компьютере. Раньше движение электроновпо проводнику описывалось простыми законами электричества, но теперьпровода стали столь миниатюрными, что электроны движутсяпо ним не устойчивым потоком, а случайными толчками. Их просто невозможнопросчитать с требуемой точностью, поэтому резко усложняется и процессразработки новых чипов.Как же быть? Что ждет нас впереди?Размышления о будущем транзистора заставляют нас обратитьсяк его триумфальному полувековому шествию. Оно не было случайным. Посравнению с предшествующими вакуумными лампами транзисторы были простыми,дешевыми и эффективными. «Потомкам «транзистора придется очень нелегко,поскольку его надо будет превосходить сразу по нескольким совершенно разнымпараметрам.Давно уже ведутся поиски «световых «альтернатив транзистору. Свет хороштем, что фотоны не взаимодействуют друг с другом — нет сильных полей,нет перегрева и прочих сложностей транзистора. Но есть у него и свой минус:взаимодействие сигналов — существенная деталь работы любого электрическогоконтура. Свет все равно придется превращать в электричество, а это — целыйкомплекс новых проблем. Впрочем, об оптических вариантах транзисторовразговор еще впереди.Итак, ситуацию трудно назвать оптимистичной: виден конец эпохиполупроводниковых транзисторов и нет им достойной замены. Однако в наукечасто бывает так, что тупиковые ситуации приводят к революционнымизменениям и триумфальным находкам. Не забывайте, что транзисторы«убыстряются «и уменьшаются, в конечном счете, для того, чтобы наши детиносили в кармане школьного ранца электронную копию всех книг Ленинскойбиблиотеки и могли с помощью карманного калькулятора запросто обыгратьГарри Каспарова.Игра стоит свеч!Завтра: свет вместо электроновС тех пор, как были изобретены первые транзисторы, эти устройства сильнопродвинулись в своем развитии. Но аппетиты компьютерщиков ненасытны —им надо все быстрее и быстрее, все больше и больше операций в секунду.Электроны, по мнению современных проектировщиков, слишком медленно бегутпо проводам, и компьютерщики за помощью обращаются к свету.Будущее поколение компьютеров может стать гибридным: кремниевые чипы станутсоединяться при помощи лазерных пучков света. На смену металлическимпроводам придут линзы, призмы и зеркала. Отсюда и название: оптикасвободного пространства. Современные компьютеры передают миллионы байтв секунду. Гибрид позволит продвинуться к терабайтам (это миллионмиллионов) и петабайтам (миллион миллиардов).У компьютера на основе световых «проводов «есть три явных преимущества. Во-первых, ничто не может двигаться быстрее света. Во-вторых, световые фотоныне взаимодействуют друг с другом (в отличие от электронов),и поэтому любоечисло пучков света может проходить через узкий коридор. И в-третьих,для прохождения света не нужно ничего — только воздух.По мнению Джулиана Динса из оптоэлектронной группы Эдинбургскогоуниверситета, внедрение гибридных компьютеров может наступить гораздобыстрее, чем кажется. «Большинство технологических проблемуже преодолено, — отмечает он. — Надо решить лишь чисто инженерные вопросы:как сделать лазеры, линзы и зеркала достаточно маленькими, надежнымии недорогими, чтобы из них можно было построить работающий компьютер ».|[pic] ||Эволюция транзисторов||и интегральных схем —||1985 || |Сегодня все удовлетворены тем качеством электронных чипов, которыепроизводит, скажем, компания «Интел», но узким местом стало их соединение.Проблема состоит в том, как прикрепить к малюсенькой микросхеме несколькосотен металлических проводов. Оптических же выводов может быть много тысяч,причем выходить они могут со всех сторон микросхемы. Одноэто усовершенствование может повысить быстродействие современныхвычислительных машин в несколько десятков, а то и сотен раз, и приблизитьсяк вожделенному «терабайту «в секунду. Подобный рост возможных соединенийпозволит развивать новые сетевые структуры компьютеров типа нейронных сетейи параллельных процессоров.Как подмечает Эндрю Кирк из фотонной группы канадского университетаМакгилл, компьютерная индустрия словно проснулась и обнаружила наличиеметодов оптики свободного пространства. На первом этапе свет будетиспользоваться для связи между электронными чинами, но в перспективеон может забраться и внутрь них самих — когда перемещение электронов станетслишком медленным для возросших скоростей счета.Проблема большого числа соединений — неотъемлемая черта любого компьютера.Процессоры, элементы памяти, клавиатура, терминал и другие его частипостоянно обмениваются информацией. Быстродействие процессоров постояннорастет, увеличиваются и ее потоки. А инженеры знают, что при пересылкенулей и единиц быстрее некоторого предела они просто начинают сливатьсядруг с другом. Кроме того, увеличение потоков приводит к тому, что проводаначинают работать как антенны — излучать электромагнитные волны и влиятьна «соседей ». Приходится их тщательно экранировать, а это увеличиваетих толщину и стоимость. С другой стороны, стремление подвести к процессорувсе больше и больше проводов-соединений заставляет делать их все болеетонкими. Но чем тоньше провод, тем больше его сопротивление и потерина нагревание.В общем, нет никаких сомнений, что стремительное развитие компьютеровнатолкнется на непреодолимые трудности, если продолжать использоватьпроводные соединения. Чтобы выйти из тупика, надо обратиться к соединениямоптическим. Идеологически все очень просто: электронные импульсыв компьютерном чипе преобразуются в тонкий пучок света. Есть он — это «1»,нет его — «О ». Поток света проходит через сеть крошечных призм и линзи достигает места назначения. А там специальная фотоячейка превратитего вновь в электрический сигнал. Главные требования к оптической системе —потреблять мало энергии, быть дешевой, простой и компактной.|[pic] ||Эволюция транзисторов ||и интегральных схем — ||1997 || |Много всего было перепробовано, в частности, светодиоды всех типов,но оказалось, что лучший кандидат — многоквантовый источник, разновидностьэлектрического затвора, и микроскопический лазер под названием «виксел ».Оба устройства сделаны на основе арсенида галлия, что позволяет производитьих, как компьютерные чипы, поточным образом в многослойных структурах.Многоквантовый источник был придуман специалистами американской лабораторииБелла в штате Нью-Джерси для полностью оптического компьютера. Однакодесятилетние исследования показали, что эта идея пока невоплотима,но разработки вполне применимы в гибридном компьютере. Этот источник —«вафля «из полупроводниковых слоев, которая может очень быстро становитьсято зеркальной, то мутной под воздействием электрических сигналов.Отраженный свет — это единица, а неотраженный — ноль. Кроме того, в каждой«вафле «есть маленькое окошко-фотоячейка, где падающий свет преобразуетсяв электрический сигнал.Первоначальной идеей было создание оптического эквивалента транзистора. Нов гибридном компьютере эти ячейки облепляют процессор и служат для него«переводчиками «световых сигналов в электронный вид. В лабораторииуже создан процессор с тысячью таких ячеек размером не более 15 микронкаждая. Свет на ячейки поступает от внешнего лазера, пучок которогорасщепляется на множество (32 х 32) маленьких пучков. Первые экспериментыс таким процессором показали, что он может вводить в тысячу раз большеинформации, чем современный суперкомпьютер «Крей ». Осталось лишь довестиопытный образец до коммерческого использования.Разрабатывается и альтернативный вариант подобным ячейкам: крошечныетвердотельные лазеры на каждом входном-выходном канале — «викселы ». Донедавнего времени такие лазеры были слишком велики, только-толькоих научились встраивать в многослойные полупроводниковые структуры,где они выглядят, как светящиеся окошки микронебоскреба. И все равно«викселы «пока крупноваты по сравнению с ячейками — 250 микрон. Но инженерылаборатории Белла считают, что уменьшение их в десять раз — лишь вопросвремени, причем не слишком долгого.В Калифорнийском университете уже созданы и линзы с поперечником всегов две сотни микрон. Один из сложных технологических процессов —их закрепление. Есть опасение, что температурные колебания, движениевоздуха, влажность могут оказывать влияние на линзы, клей и подложку,слегка деформировать систему и нарушать работу компьютера. Всеэто предстоит проверить и отработать.В лаборатории университета Макгилл и других институтах уже построеныпрототипы таких компьютеров. Их части тщательно пригнаны одна к другойи удерживаются на своих местах мощными магнитами. Конечно, это не вариантдля массового производства.Однако Эндрю Кирк считает, что главное препятствие на пути новых гибридныхкомпьютеров — чисто психологическое, как у всякой новой революционнойтехнологии. Но это один из наиболее перспективных путей к суперкомпьютерамбудущего.Американское космическое агентство НАСА поставило перед собой цельк 2010 году построить компьютер мощностью в петафлоп — это миллионмиллиардов операций в секунду. По мнению его специалистов, никакойальтернативы оптическому способу передачи информации при таких скоростяхбыть просто не может. Между прочим, петабайт информации — это миллиард книгили 2300 лет «прокрутки «видеоленты. Вот какой объем данных будетпереносить этот компьютер за секунду.И в заключение несколько слов об отношении к новым технологиям — радиполной объективности. Марк Бор из исследовательской группы компании «Интел«считает, что устранить сложности с соединениями можно, перенося все большефункций на один микрочип. Современные микропроцессоры, к примеру, снабжены«кэш-памятью», что позволяет им хранить часто используемую информацию.Очень сильный аргумент «против «оптического компьютера — мощнейшаяиндустрия электронных чипов со всемирной инфраструктуройи многомиллиардными оборотами. Кто победит — новое или деньги, — судитьне нам, поживем — увидим. Во всяком случае, несколько лет назад о новойтехнологии говорили лишь единицы энтузиастов, а на последней посвященнойей конференции весной 1997 года были замечены инженеры из компаний IBM,Cray и Digital. Похоже, что теперь надо говорить не о том, «будетли оптическая революция», а о том, «когда она наступит ».Теперь пришла очередь рассказать и о наших с вами соотечественниках, темболее что они тоже внесли существенный вклад. В декабре 1951 г. в лаборатории электросистем Энергетического института(ЭНИН) АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брукабыл выпущен научно-технический отчет "Автоматическая цифроваявычислительная машина (М-1)", утвержденный 15 декабря 1951 г. директоромЭНИН АН СССР академиком Г. М. Кржижановским. Это был первый в СССР научныйдокумент о создании отечественной ЭВМ. Машина успешно прошла испытания и была переведена в режим эксплуатациидля решения задач как в интересах ученых своего института, так и стороннихорганизаций. Начало исследовательских работ И. С. Брука по проблеме ЦВМ относится к1948 г. Он первым в СССР (совместно с Б. И. Рамеевым) разработал проектцифровой ЭВМ с жестким программным управлением. Свидетельство обизобретении на "ЦВМ с общей шиной" было получено ими в декабре 1948 г.| |[pic] | || |И. С. Брук | | Постановление Президиума АН СССР о начале разработки М-1 вышло 22 апреля1950 г. После этого И. С. Брук получил возможность сформировать коллективразработчиков. Первым в команду был принят Н. Я. Матюхин, молодой специалист, толькочто окончивший радиотехнический факультет Московского энергетическогоинститута. Вот отрывок из воспоминаний Николая Яковлевича:"Я хочу оживить картинки нашей деятельности под руководством ИсаакаСеменовича, передать атмосферу тех лет.Формирование группы и начало работ над АЦВМ-М1 - 1950 год.Брук набирает на РТФ МЭИ команду молодых специалистов. Нас семеро: двамладших научных сотрудника (А. Б. Залкинд и Н. Я. Матюхин), два дипломника(Т. М. Александриди и М. А.Карцев), три техника (Ю. В. Рогачев, Р. П.Шидловский, Л. М. Журкин).Первое задание Исаака Семеновича мне - построить ламповый диодныйтрехвходовой сумматор (проверка моей пригодности).Второе задание - спроектировать типовой рабочий стол.Третье задание мне, как руководителю группы, - разработка АЦВМ-1.Серьезные трудности при проектировании и реализации АЦВМ создавало почтиполное отсутствие комплектующих изделий. Исаак Семенович нашел оригинальныйвыход, использовав имущество со складов военных трофеев.В результате в основу проекта М-1 были положены следующие идеи и трофеи:сочетание малой номенклатуры компонентов самого разного происхождения;всего два типа электронных ламп - 6Н8 и 6АG7;купроксы от измерительных приборов;магнитные головки от бытового магнитофона;электронно-лучевые трубки от осциллографа;телетайп из генштаба вермахта.О стиле руководства Исаака Семеновича Брука:полнейшая увлеченность главным направлением, оптимизм и уверенность вполучении конечного результата;глубокое понимание цели, простота и образность аргументации;никаких разносов по поводу неудач;"импульсная подкачка" самостоятельной работы;уважительное отношение к исполнителям;никаких кабинетных разговоров, а разбор прямо на рабочем месте;полнейшая доступность и непринужденность при обсуждении любых вопросов.И. С. Брук имел, как говорят, трудный характер, видел в людях либо толькодостоинства, либо только недостатки, к тому же обладал исключительнымостроумием. Поэтому его рассказы о своих коллегах и научных противникахслужили для всех нас постоянным источником развлечения". Основные идеи, положенные в основу построения АЦВМ-1, были выдвинуты И.С. Бруком. Далее они вместе с Н. Я. Матюхиным разрабатывали структуру исостав будущей машины, ее основные характеристики и конкретные решениямногих технических вопросов. В дальнейшем Н. Я. Матюхин при активнойподдержке И. С. Брука практически выполнял обязанности главногоконструктора. АЦВМ-1 включала в свой состав арифметическое устройство, главныйпрограмный датчик (устройство управления), внутреннюю память двух видов(быструю - на электростатических трубках и медленную - на магнитномбарабане), устройство ввода-вывода с использованием телеграфнойбуквопечатающей аппаратуры. Основные характеристики М-1: Система счисления - двоичная. Количество двоичных разрядов - 25. Объем внутренней памяти: на электростатических трубках - 256 адресов, намагнитном барабане - 256 адресов. Быстродействие: 20 оп/с с медленной памятью; с быстрой памятью операциясложения выполнялась за 50 мкс, операция умножения - за 2000 мкс. Количество электронных ламп - 730. Потребляемая мощность - 8 кВт. Занимаемая площадь - 4 кв. м. В процессе проектирования и разработки М-1 были предложены и реализованыпринципиально новые технические решения, в частности, двухадресная системакоманд, нашедшая впоследствии широкое применение в отечественной изарубежной вычислительной технике.| |[pic] | || |Вот она какая | || |- первая | || |российская ЭВМ| | Впервые в мировой практике создания ЭВМ логические схемы в машине М-1строились на полупроводниковых элементах - малогабаритных купроксныхвыпрямителях КВМП-2-7, что позволило в несколько раз сократить количествоэлектронных ламп в машине и значительно уменьшить ее размеры. Проектные и конструкторские работы по созданию АЦВМ-1 начались летом1950 г. в трудных условиях, так как выполнялись как инициативные, приограниченных средствах, без специальных помещений (М-1 была построена иэксплуатировалась в подвале), разработки велись силами очень небольшогоколлектива молодых специалистов, которые, однако, работали с большимэнтузиазмом. Разработка арифметического устройства и системы логических элементоввыполнялась Н. Я. Матюхиным и Ю. В. Рогачевым, разработка главногопрограммного датчика - М. А. Карцевым и Р. П. Шидловским, запоминающегоустройства на магнитном барабане - Н. Я. Матюхиным и Л. М. Журкиным,запоминающего устройства на электростатических трубках - Т. М.Александриди, устройства ввода-вывода - А. Б. Залкиндом и Д. У.Ермоченковым, разработка системы электропитания - В. В. Белынским,конструкции - И. А. Кокалевским. Комплексную отладку машины и отработку технологии программирования итестирования возглавил Н. Я. Матюхин. Осенью 1951 г. закончились работы по настройке М-1. К декабрю того жегода машина успешно прошла комплексные испытания и была передана вэксплуатацию. Ознакомиться с работой АЦВМ-1 приезжали видные ученые, в томчисле академики А. Н. Несмеянов, М. А. Лаврентьев, С. Л. Соболев, А. И.Берг. Одним из первых на М-1 решал задачи по ядерным исследованиям академик С.Л. Соболев, бывший в то время заместителем директора по научной работе винституте И. В. Курчатова. Н. Я. Матюхин вспоминает: "Вместе с Исааком Семеновичем мы обучалиакадемика Соболева основам программирования на М-1. После прохождения намашине ряда задач мы стали ощущать реальную поддержку Бороды (прозвищеКурчатова) и его незнакомого для нас ведомства". Три года машина М-1 находилась в эксплуатации и первые полтора годаоставалась единственной в Российской Федерации действующей ЭВМ. Она былаизготовлена в одном экземпляре, но ее архитектура и многие принципиальныесхемные решения были приняты в дальнейшем за основу при разработке серийныхмашин М-3, "Минск", "Раздан" и др. Полная техническая документация на М-3 (главный конструктор Н. Я.Матюхин) была передана в Китайскую Народную Республику, где с 1954 г.началось ее серийное производство. Создатели машины М-1 - первой российской ЭВМ - стали крупнымиспециалистами в области вычислительной техники и внесли значительный вкладв ее развитие, возглавляя различные научные, учебные и производственныеколлективы. Так, например, Николай Яковлевич Матюхин (1927-1984) впоследствии сталчленом-корреспондентом АН СССР, доктором технических наук, профессором,главным конструктором вычислительных средств для системы ПВО СССР в Научно-исследовательском институте автоматической аппаратуры. Созданными под его руководством вычислительными комплексами былооснащено около 150 объектов Вооруженных сил СССР, многие из которыхфункционируют до сих пор. Михаил Александрович Карцев (1923-1983) также стал доктором техническихнаук, профессором, главным конструктором вычислительных средств для системыпредупреждения о ракетном нападении (СПРН). Он - основатель и первыйдиректор НИИ вычислительных комплексов (НИИВК). Созданные под егоруководством сверхбыстродействующие многопроцессорные ЭВМ успешнофункционируют в составе СПРН и в настоящее время. Труд создателей М-1 был высоко оценен - им были присвоены ученые степении почетные звания, присуждением государственные награды. М-2 была разработана в Лаборатории электросистем Энергетическогоинститута АН СССР (с 1957 г. - Лаборатория управляющих машин и систем АНСССР, с 1958 г. - Институт электронных управляющих машин) под руководствомчлена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. В группу, работавшую над М-2,входили на разных этапах от 7 до 10 инженеров: М. А. Карцев, Т. М.Александриди, В. В. Белынский, А. Б. Залкинд, В. Д. Князев, В. П.Кузнецова, Ю. А. Лавренюк, Л. С. Легезо, Г. И. Танетов, А. И. Щуров.Группой разработки М-2 руководил М. А. Карцев. [pic]В. В. Белынский и Ю. А. Лавренюк у пульта М-2. Разработка и монтаж машины были проведены с апреля по декабрь 1952 г. С1953 г. осуществлялась круглосуточная эксплуатация М-2 при решенииприкладных задач. Зимой 1955 г., а затем в 1956 г. машина была существенномодернизирована, после чего она имела оперативную память на ферритовыхсердечниках емкостью 4096 чисел. Ферритовая память для М-2 была разработанагруппой под руководством М. А. Карцева, в состав которой входили О. В.Росницким, Л.В. Ивановым, Е.Н. Филиновым, В.И. Золотаревским. М-2 представляла собой цифровую вычислительную машину с хранимойпрограммой. При разработке М-2 частично были использованы идеи, воплощенныев одной из первых советских машин М-1, эксплуатация которой началась весной1952 г. Система команд М-2 была выбрана трехадресная, как наилучшим образомотвечающая организации вычислений (указывались код операции, адреса двухоперандов и результат операции). Формат команды - 34-разрядный: . код операции - 4 двоичных разряда; . коды трех адресов операндов - по 10 двоичных разрядов (в расчете на емкость оперативного запоминающего устройства - 1024 числа). Для сокращения записи программ в кодах машины применялась смешаннаячетверично-шестнадцатеричная система - первые два двоичных разряда адресазаписывались в виде четверичной цифры, а последующие восемь разрядов - ввиде двух шестнадцатеричных цифр. Система команд М-2 включала 30 различных операций (за счет дополнениясобственно 4-разрядного кода операции признаками, указываемыми в адресах,которые не использовались при некоторых операциях).| |[pic] | || |И. С. Брук | | В составе команд М-2 имелись: . шесть арифметических операций; . два вида операций сравнения (алгебраическое и сравнение по модулю); . семь операций переключения (плавающая точка - фиксированная точка и обратно, нормальная точность - двойная точность и обратно, переключение на фиксированную точку и одновременно на двойную точность и т. д.) . операция логического умножения двух чисел; . операции переноса числа, изменения знака числа; . четыре операции ввода информации; . три операции вывода информации; . четыре операции перемотки магнитной ленты внешнего запоминающего устройства; . операция "стоп". Представление двоичных чисел в М-2 было как с фиксированной точкой, таки с плавающей точкой. При этом точность вычислений составляла около 8десятичных знаков при работе с плавающей точкой и около 10 десятичныхзнаков с фиксированной точкой. Были возможны вычисления с удвоеннойточностью. Внутренние запоминающие устройства - основное электростатическое(серийные ЭЛТ) на 512 чисел с временем обращения 25 мкс, дополнительное на512 чисел - магнитный барабан с частотой вращения 2860 об/мин. Внешнее запоминающее устройство емкостью 50 тыс. чисел - на магнитнойленте. Ввод данных - фотосчитывающее устройство с перфоленты. Вывод данных -телетайп.| |[pic] | || |УУ и АУ М-2. А.| || |Б. Залкинд | | Арифметический узел М-2 параллельного типа с четырьмя триггернымирегистрами. Скорость работы М-2 составляла в среднем 2 тыс. операций/с. Схемотехника - электронные лампы и полупроводниковые диоды в логическихсхемах арифметики и управления. Общее число электронных ламп - 1879, из них - 203 в источниках питания.Питание осуществлялось от 3-фазной сети переменного тока 127/220 В,потребляемая мощность - 29 кВт. Площадь, занимаемая машиной, - 22 м2. Основные узлы и блоки размещалисьв четырех шкафах на одном постаменте, в который был вмонтирован шкафэлектропитания. Кроме того, машина имела пульт управления со световымииндикаторами состояния триггеров регистров арифметики, селекционного ипускового регистров и тумблерами управления. Система охлаждения - воздушнаяс замкнутым циклом. Конструктивно каждый узел машины состоял из отдельных блоков, которыерасполагались на шасси, прикрепленных к рамам шкафов. Электронная частьмашины была собрана на съемных ламповых субблоках с 14-контактными или 20-контактными разъемами. Принятые конструктивные решения обеспечили легкостьзамены отказавших электронных ламп, контроля и диагностики схем с помощьюстендов. По мере эксплуатации машины, начиная с 1953 года, накапливалось еепрограммное обеспечение в виде библиотеки стандартных программ иподпрограмм (А. Л. Брудно, М. М. Владимирова при участии А. С. Кронрода иГ. М. Адельсон-Вельского). На М-2 проводились расчеты для Института атомной энергии (академик С. Л.Соболев), Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР(академик А. И. Алиханов), Института проблем механики АН СССР (расчетыпрочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций),Теплотехнической лаборатории АН СССР (академик М. А. Михеев), Военно-воздушной академии, Артиллерийской академии, института "Стальпроект",предприятия академика А. И. Берга и многих других научных и промышленныхорганизаций. В 1953 г. серьезные вычислительные задачи для нужд обороныстраны, науки и народного хозяйства можно было решать на трех экземплярахвычислительных машин - БЭСМ, "Стрела" и М-2.| |[pic] | || |УУ и

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Политология. (реферат)

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<