Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Возникновение принципа программного управления и элементов
1.1 Вычислительные машины без программного управления 16 - 17
1.2 Аналитическая машина Ч. Бэббиджа 18-22
1.3 Другие аналитические машины 22-24
1.4 Счетно-аналитические машины 25-28
1.5 Релейные вычислительные машины и первые ЭВМ 28-35
Глава 2. Методика исследования взаимодействия аппаратуры и ПО ЭВМ
2.1 Основные тенденции развития ЭВМ 36-43
2.2 Подход к изучению взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО 43 - 46
Глава 3. Взаимосвязь и противоречия ПО и аппаратуры ЭВМ, проявляющиеся на различных этапах развития ЭВМ
3.1 Влияние аппаратуры ЭВМ на развитие ПО 47-68
3.2 Взаимосвязь библиотек стандартных подпрограмм (ВСЮ и аппаратуры ЭВМ 68-78
3.3 Взаимосвязь алгоритмических языков (АЯ) и аппаратуры ЭВМ 79 - 100
3.4 Взаимосвязь аппаратуры ЭВМ и операционных систем 100 - 116
3.5 Роль микропрограммного управления во взаимодействии аппаратуры и программного обеспечения ЭВМ 116 - 126
3.6 Архитектура вычислительных систем 127
Глава 4. Периодизация взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО 138
Глава 5. Взаимосвязь развития аппаратуры и ПО ЭВМ с развитием науки и техники 143
Заключение 154
Литература 157
Приложения 171
- Вычислительные машины без программного управления
- Основные тенденции развития ЭВМ
- Влияние аппаратуры ЭВМ на развитие ПО
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современная научно-техническая революция (БТР) представляет собой закономерное историческое явление, ведущее к перевороту в структуре и динамике производительных сил общества в эпоху перехода человечества от капитализма к коммунизму [ I ] . Социализм открывает путь всемерному развертыванию научно-технической революции, ставя достижения науки и техники на службу народу* Сформировались основные направления НТР, которые вносят существенный вклад в научно-технический прогресс. К ним относятся: развитие электронных вычислительных машин, проникновение методов и средств радиоэлектроники во все сферы деятельности человека, развитие электрификации и электроэнергетической базы, развитие базы конструкционных материалов с заданными свойствами [i]. В Советском Союзе и других социалистических странах научно-технический прогресс является прямым продолжением и результатом коренных социальных преобразований. Он с самого начала осуществляется в интересах трудящихся -[ 2]
Важнейшей чертой НТР является комплексная автоматизация производства. Причем этот процесс затрагивает не только физический труд на производстве, но и сферу умственной деятельности человека. "Современный научно-технический прогресс характеризуется прежде всего не только высокой производительностью и научной организацией труда, но и широкой механизацией и автоматизацией умственной деятельности человека" [з, стр.571 ]
Передача трудовых функций человека комплексу технических средств является одной из общих закономерностей развития техники и производства. Автоматизация трудовых процессов в сфере умственной деятельности прежде всего связана с использованием качественно нового типа орудий труда - ЭВМ. Возможность обрабатывать на
ЭВМ большие массивы информации с огромной скоростью, а также выполнять логические операции позволяет решать принципиально новые задачи и при пенять ЭВМ в различных областях науки и техники. Наряду с решением вычислительных задач, требующих выполнения большой счетной работы, ЭВМ используют для решения задач управления, моделирования и др. Один из создателей первых советских ЭВМ академик С. А Лебеде в писал: "Выполнение на электронных счетных машинах сложных вычислительных работ с громадной скоростью может дать в области умственного труда экономию и увеличение возможностей человеческого творчества, сравнимые с теми, которые были достигнуты применением машинного производства вместо физического труда" [4, стр#з] .
ХХУТ съезд KICC поставил задачу перевода народного хозяйства СССР на преимущественно интенсивный путь развития. Одним из важнейших условий повышения уровня интенсификации является широкое применение ЭВМ в различных областях народного хозяйства. Возможности ЭВМ при использования их для решения каких-либо задач зависят как от характеристик аппаратуры, так и от объема и разнообразия средств программного обеспечения (ПО). Причем существенным является не столько уровень аппаратуры и ПО как таковой, а эффективность сочетания их в одной системе. За счет этого можно добиться огромного прогресса в области вычислительной техники. Наилучшие параметры всей вычислительной системы в целом достигаются при учете взаимных требований аппаратуры и ПО друг к другу. Поэтому приобретают актуальность исследования, связанные с изучением взаимосвязи аппаратуры и ПО в системе.
Цель работы заключается в исследовании взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО. Историко-технический анализ поставленной проблемы включает в себя комплексное исследование развития аппа-
ратуры и ПО ЭВМ как единой систеш и в связи с этим выявление и анализ внутренних и внешних факторов, влияющих на их развитие. Поставленная цель предусматривает решение следующих задач: I* Анализ взаимосвязи развития ЭВМ с народнохозяйственными потребностями. Изучение механизма влияния потребностей общества на
повышение уровня аппаратуры и ПО ЭВМ.
2. Исследование влияния аппаратуры ЭВМ на развитие4 с момента их
появления до настоящего времени. Анализ изменения условий для развития ПО,
Изучение влияния идей и методов ПО на развитие аппаратуры ЭВМ с момента их появления до настоящего времени. Выявление конкретных конструктивных особенностей аппаратуры, возникших под влиянием ПО и их влияние на общий прогресс вычислительной техники.
Изучение взаимосвязи развития аппаратуры и ПО с развитием других наук и отраслей техники.
Методика.Истотэико-техничеокий анализ взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО ведется на основе применения основных положений марксистско-ленинской философии к развитию конкретной науки. Анализ основан на работах советских историков науки и техники , которые конкретизировали метод марксистско-ленинской диалектики для решения историко-технических задач. Это прежде всего работы Л.Д.Белькинда, А.А.Зворыкина, Б.М.Кедрова, И.Я,Конфедератов, АД.Кузина, Ю.С.Мзлещенко, С.В.Щухардина и др. [ 5, 6, 7, 8, 9, 10, II 3.
Методический подход, предложенный в диссертации к исследованию поставленной проблемы заключается в рассмотрении отдельных направлений вычислительной техники и ПО ЭВМ в их историческом развитии, изучении возможностей, идей, появившихся в одной из компонент вычислительной системы и приведших к появлению новых
средств» методов в другой компоненте. Это позволило наряду с общими причинами, определяющими развитие вычислительных машин, выявить причины, связанные со взаимодействием составных частей вычислительной системы»
Научная новизна. В диссертации впервые проводится историко-тех-нический анализ взаимодействия аппаратуры и ПО с момента их появления до настоящего времени* В диссертации используется большой фактический материал, относящийся к области развития аппаратуры и ПО; В процессе сбора материала было обнаружено ряд новых, ранее неизвестных фактов, а также пущены в научный оборот забытые и малоизвестные факты, На основе анализа фактического материала дана переоценка некоторых моментов в истории развития ЭВМ. В диссертации раскрыты основные связи между запросами практики и развитием ЭВМ; а также взаимосвязь и взаимовлияние развития аппаратуры и ПО ЭВМ с отдельными науками и отраслями техники» Практическое значение. Материалы и основные выводы, полученные в результате проведенного исследования, могут быть использованы в научно-исследовательских учреждениях при анализе и разработке структур и архитектур современных вычислительных систем, в учебных институтах в преподавании курсов програмшрования, в музейной работе.
Апрпйяг^я работы. Основные результаты были доложены на XIX, XX, XXI, ХХП, ХХШ, ХХ1У, ХХУ, -г " конференциях аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники, на семинаре по истории математики и механики МГУ им. М.В.Ломоносова, на секции истории математики при Пленуме советского национального объединения историков естествознания и техники, на семинаре кафедры ВТ МИЭМ Публикации. По теме диссертации имеются следующие публикации: I. АЖПетренко, 0.Л.Петренко. Об элементах программирования на
машине Бэббидаа в работе Менабреа. J* 3829278 Деп. 18 дек. 1978
А.К.Петренко, 0;Л*Петренко* Машина Бэббидаа и возникновение программирования. ИМИ, вып.ШУ, М., Наука, 1979, стр.340-360.
О.Л.Петренко;1: Развитие перфорационного принципа хранения информации. № 1332-80 деп.8 апр. 1980г.
Л.Е.Майстров, О.Л.Петренко. Приборы и инструменты исторического значения. Вычислительные машины. М., Наука, 1981, 160 стр.
Изучение взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО тесно связано с изучением развития аппаратуры и ПО. Поэтому остановимся вначале на тех результатах, которые достигнуты в области изучения истории развития ЭВМ. Анализу развития ЭВМ (в основном их аппаратурной части) посвящена специальная работа [l2]. Учитывая, что это была первая историко-техническая работа такого типа, основной упор в ней был сделан на сбор и систематизацию фактов, а также на обоснование периодизации развития ЭВМ; К историко-техническим работам по ЭВМ относятся также [ 13,14,15]. В них рассматриваются вопросы развития вычислительной техники, в основном электронных вычислительных машин, в СССР и за рубежом. В [l4] рассматривается развитие электронных управляющих вычислительных машин.,
Некоторые вопросы истории развития ЭВМ изложены и в других работах, которые можно разделить.на две группы. К первой группе относятся воспоминания очевидцев, строивших и эксплуатировавших первые машины [16, 17] . Ко второй группе относятся работы, в которых излагается история вопроса, являющегося основным исследованием автора. Например, в [18] исследуется история языков и систем иммитационного моделирования1; В [I9J кратко рассмотрены этапы развития ЭВМ и программного обеспечения. В [20]приведено краткое развитие оптимизирующих трансляторов.
История развития ЭВМ изложена и в ряде специальных иностранных работах [21, 22, 23; 24," 25, 2б] . В них рассматривается история развития некоторых направлений ЭВМ и программирования на основе анализа развития ЭВМ в СШ/Lj Англии и других капиталистических странах* Однако советской вычислительной технике в них практически не уделяется место; В [ 21, 22, 24] мельком упоминаются советские машины БЭСМ, Урал, Стрела-. В [25] производится анализ ранних методов записи программ на различных языках программирования. В этой связи анализируются советские программирующие программы и отмечается, что в них впервые была применена оптимизация кодов.
В [2б] проводится подробный анализ развития советской вычислительной техники за период 70-х годов, в основном машин 3-го поколения семейства ЕС ЭВМ; Автор очень подробно анализирует развитие советских ЭВМ на основе материалов статей, монографий, газет и куриалов. При этом многократно подчеркивается превосходство американской вычислительной техники, а также на протяжении всего обзора проводится линия, что ЕС ЭВМ является дубликатом машин системы IBM/360 и IBM/370.
Упоминание о советских машинах имеется и в некоторых других статьях» Для всех этих работ характерно то, что развитие советских ЭВМ не рассматривается в общем процессе эволюции вычислительной техники. Не упоминаются многие оригинальные советские разработки, сыгравшие важную роль в развитии ЭВМ*
В середине 60-х годов была принята идея о неразрывности структуры ЭВМ и ее программного обеспечения [27] . Хотя эта идея была принята только в 60-х годах, историко-технический анализ показывает что существует объективная взаимосвязь не только между структурой ЭВМ и ее ПО, но и между всем аппаратным обеего-
чешем и программным; Степень взаимодействия аппаратуры и ПО была различна на различных этапах, а признана она была не в момент появления, а в период, когда она стала играть более существенную роль*
В этот же период (в середине 60-х годов) появляются работы связанные с исследованием взаимодействия аппаратуры и ПО в вычислительной системе* В [22] приводится состав системы математического обеспечения (СМО) ЭВМ и отмечается, что эта система реализуется как программными, так и схемными средствами* Поэтому развитие систем МО неизбежно влечет за собой развитие структур самих машин* Эффективность процесса эксплуатации машин в значительной степени определяется соотношением программных и схемных средств системы МО* В статье выделяется три основных проблемы развития СМО, существенно влияющие на структуры ЦВМ:
развитие входных алгоритмических языков и связанных с ними систем трансляции и интерпретации ;
система типовых и стандартных программ, а также микропрограмм;
система-посредник между человеком и машиной и система-организатор вычислительного процесса-*
Аналогичная проблема соотношения программных и аппаратных средств СМО и в связи с этим влияние средств МО на аппаратуру ЭВМ рассматривается в [29 J Авторы отмечают, что процесс переложения части функций МО с программных средств на аппаратные начался еще при производстве машин первого поколения* Однако в машинах первых двух поколений основные функции МО возлагались на программные средства* В настоящее время ускорился процесс замены части программных средств аппаратными* Это связано с широким использованием микропрограмм*' Таким образом, в этой работе наиболее подробно рассматривается взаимосвязь МО и микропрограмм*
- II -
В рассмотренных работах влияние средств ПО на аппаратуру ЭВМ изучается в свете передачи аппаратуре части функций, выполняемых программно*
Признание неразрывности аппаратуры и ПО ЭВМ привело к рассмотрению ЭВМ как единого целого и с этой точки зрения начинает осуществляться подход к разработке, использованию и оценке ЭВМ. Появились разработки структуры всей вычислительной машины в целом и в этой связи рассматриваются вопросы взаимодействия аппаратуры и ПО в системе;
Так как современная вычислительная машина представляет собой сложну!» систему, то в системе возможно очень большое количество взаимодействий. Для того, чтобы более полно анализировать систему производят разбиение системы на компоненты. Каждый автор самостоятельно решает задачу каким именно образом выделить в системе ее составляющие компоненты*
В [27] автор рассматривает систему ЭВМ+МО состоящей из трех уровней:
первый уровень - это входные языки, включая сюда языки связи человека с машиной ;
второй уровень - это архитектура ЭВМ или виртуальная машина, представленная своей системой команд, способом организации внутренней и внешней памяти, способом защиты памяти и организацией прерывания ;
третий уровень - это аппаратура, включающая элементную базу, технические параметры 37 разных уровней, технические возможности линий связи и параметры внешних устройств;
Взаимодействие между этими уровнями рассматривается как отображение первого, логически самого высокого уровня, на виртуальную машину программным путем и вторая ступень - это отображение виртуальной машины, архитектуры на аппаратные средства*.
Автор считает, что нижний аппаратный уровень развивается по своим собственным законам, и степень его развития определяется достижениями технологии и новыми открытиями, вообще говоря, не связанными с развитием идей двух более высоких уровней системы ЭВМ+МО.
С какой-то степенью приближения можно считать параметры аппаратуры заранее заданными. В меньшей степени, но также можно считать, что верхний языковый уровень задан достаточно жестко,
Разработчику ЭВМ нужно решить куда поставить уровень виртуальной машины: ближе к аппаратуре или ближе к уровню языков.
Вопросам изучения взаимодействия аппаратуры и ПО посвящена часть монографии [зо] . В этой книге предпринята попытка анализа и обобщения достижений в области организации вычислительных структур и процессов, связанных с одной стороны с успехами техники программирования и развитием технологии аппаратных средств и с другой стороны с проникновением ЭВМ во все сферы человеческой деятельности. ЭВМ представляется, в общем случае, как пятиуровневая машина:
уровень I: микропрограммный уровень 2: традиционный машинный уровень уровень 3: уровень операционной системы уровень 4: ассемблерный уровень уровень 5; уровень проблемно-ориентированного языка.
Основная идея, которая прослеживается в книге - это логическая эквивалентность аппаратных средств и программного обеспечения. Решение о способе реализации каждой конкретной функции принимает-ся~^Ъсновании таких факторов как стоимость, скорость вычислений, емкость памяти и частота ожидаемых изменений. Не существует установленных и точных правил, определяющих, что нужно реализовы-
вать аппаратными,а что программными средствами* На основании анализа нескольких примеров выполнения операций автор приходит к выводу, что граница между аппаратными средствами и программным обеспечением постоянно меняется. Более того, переменными являются также границы между любыми различными уровнями*
В 1968 г* голландский ученый Е.В.Дийкстра предложил рассматривать операционную систему (и всю вычислительную систему) как несколько вложенных уровней, каждый из которых является составной частью другого [3l] При этом средства, имеющиеся на внутренних уровнях, доступны процессам на внешних уровнях» В качестве примера Дийкстра разработал структуру систеш Т.Н.Е. Самым внутренним уровнем является аппаратура машины»
уровень - управление вычислительным процессом
уровень - вводятся алгоритмы управления страничной памятью и
сегментацией
уровень - появляется виртуальный пульт оператора
уровень - содержит все подпрограммы для управления периферий-
ными устройствами
уровень - процессы обычного пользователя
уровень - процессы оператора
Этот подход затем был применен к построению структур различных вычислительных систем» В [32] У.О.Гальярди конкретизировал структуру систеш Т.Н.Е., а также рассмотрел возможность применения этого подхода к некоторым другим системам»
Аналогичный подход предпринят в книге [зз] , которая посвящена штодике проектирования ЭВМ, основанной на взаимосвязи программного обеспечения и структуры ЭВМ. Одним из принципов такого проектирования служит единый интегральный подход к модульному проектированию систеш, включающей как аппаратуру, так и програм-ное обеспечение. Модули образуют определенные иерархические
уровни. Конкретная иерархия модулей зависит от выбранного критерия* Например, рассматривая характер использования средств обработки, можно вычислительную систему представить в виде концентрических слоев. Самым внутренним слоем служит аппаратура, затем следуют.программы, определяемые спецификой аппаратуры, затем автокод* ОС, системы программирования и ШШ.
Приведенные выше примеры свидетельствуют, с одной стороны?о возрастающем интересе к изучению развития всей вычислительной системы в целом и в связи с этим к изучению взаимодействия аппаратуры и ПО в вычислительной системе, а,с другой стороны,о разнообразии подходов к такому исследованию. В любом случае вычислительная система разбивается на несколько частей, каждая из которых занимает вполне определенное место в оистеме и определенным образом связана с другими частями.
В работах, касающихся структуры вычислительных систем, развития аппаратуры и ПО (приведенных выше, а также некоторых других) можно встретить ряд терминов, значение которых требует уточнения или объяснения для дальнейшего изложения.
По общепризнанной классификации ЭВМ делятся на две большие группы (в зависимости от характера используемых сигналов): цифровые электронные вычислительные машины (дискретные) ЦЭВМ и аналоговые электронные вычислительные машины (непрерывные)* Хотя в упомянутых работах используются термины ЭВМ и ЦВМ, фактически рассматриваются только ЦЭВМ. ЦЭВМ имеют значительно большее значение и практическое применение, чем аналоговые электронные вычислительные машины. Поэтому обычно под ЭВМ понимают только ЦЭВМ. Этого понятия термина ЭВМ мы будем придерживаться и в дальнейшем.
Во многих случаях под ЭВМ понимают как аппаратную часть
машины, так и программное обеспечение (ПО). № не будем отклоняться от этого значения термина, но когда надо особо подчеркнуть, что ЭВМ состоит из аппаратуры и ПО будем называть ЭВМ вычислительной системой.
Для термина ПО существует эквивалентный термин математическое обеспечение (МО). Некоторые авторы, например [34] , предлагают различать МО и ПО и дают следующие определения:
Математическое обеспечение - совокупность математических методов, алгоритмических языков и ПО, используемых для эффективной организации подготовки задач к машинному решению и прохождению через вычислительную установку,
Программное обеспечение - совокупность программ регулярного применения, описаний и инструкций по их применению, предназначенных для технической эксплуатации ЭВМ и ее использования*
Однако такое разделение не является общепризнанным* В рассмотренных работах математическое обеспечение ЭВМ, программное обеспечение ЭВМ, система математического обеспечения, система программного обеспечения используются в смысле данного выше определения ПО. В дальнейшем рассмотрении будем использовать термин ПО*
Вычислительные машины без программного управления
Прежде чем перейти к изучению взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО остановимся на предыстории развития ЭВМ с целью выяснения той теоретической и технической базы, на которой они начали развиваться. Несмотря на кажущуюся неожиданность появления ЭВМ являются логическим продолжением и совершенствованием вычислительной техники и корни многих идей и технических решений, применяемых в ЭВМ, нужно искать на более ранних этапах развития вычислительной техники.
История развития вычислительных машин прошла большой путь от периода абака до современных ЭВМ. В [35] выделяются следующие этапы: домеханический (период абака), мэханический электромеханический и электронный. В начале ХУП века появились первые механические счетные машины (проект В.Шиккарда 1623 г., машины Б.Паскаля 1642г., Г.Лейбница 1673 г. и др.). Этот период характеризуется интенсивным развитием многих отраслей техники (металлургии, гор ного дела и др.), что способствовало возникновению предпосылок для создания машинной техники. ХУП век ознаменовался достижениями в области науки: создается математика переменных величин, закладываются научные основы физики, механики, астрономии, химии. Развитие науки и техники, а также увеличение объеш счетной работы (прежде всего связанной с финансово-административной деятельностью государства) делало все более насущной проблему механизации вычислений. Однако несовершенство самих машин, трудности изготовления препятствовали широкому распространению этих машин.
Широкое распространение механические вычислительные машины получили с начала Х1Хв. Начало XIX в. характеризуется существенными изменениями в материально-технической базе капитализма, в результате чего произошло становление машинно-фабричного производства. Развитие капитализма сделало необходимым создание механического счетного прибора, удобного в изготовлении и использовании, Таким прибором стал арифмометр К;Томаса, Эти машины, которые начали выпускаться с 1821 г. впервые получили сравнительно широкое распространение. (До конца XIX в. было выпущено около 2 тыс.шт.) [13] . Арифмометры использовались в основном при обработке статистической информации, в бухгалтерском учете, при финансовых расчетах и т.п. В научных исследованиях они применялись в качестве вспомогательного средства.
До конца XIX в. большинство вычислительных машин выполняли только сложение и вычитание, некоторые машины производили умножение, причем на долю человека в процессе вычислений приходилось довольно много работы; При работе на простейших вычислительных машинах типа арифмометр человек сам следит, в каком порядке должны выполняться операции (сложить, умножить, запомнить результат и т.д.).
В 20-ом веке появились полуавтоматические и автоматические электрические вычислительные машины ("Рейметалл", -Гаман43елек-та", ВК-2, ВММ-2 и др.); Они имели значительно большие скорости работы, автоматически выполняли умножение и деление (после того, как вручную были установлены числа). Однако последовательность вычислений, а также ряд промежуточных действий, по-прежнему, выполнял человек.
Принципиально новым подходом к выполнению вычислений было использование программно-управляемых машин.
Сама идея программного управления механизмом появилась в 18в. и использовалась первоначально в ткацкой промышленности. В 1725г. мастер ткацкого производства из г.Лиона Б#Бушон сделал станок для производства крупноузорчатых тканей, который управлялся с помощью ролика перфорированной бумаги, на которой в виде системы отверстий хранился рисунок ткани, В 1737-1742 гг. Фальконе усовершенствовал станок Буш она. Он использовал картонные перфокарты, хотя при работе они укладывались одна за другой и таким образом составляли как бы ленту. Другая попытка усовершенствования ткацкого станка принадлежала французскому изобретателю и механику ЖЗокансону (1709-1782гг), Для управления работой станка он использовал особый перфорированный барабан, на котором хранился рисунок ткани. Механизированный станок для изготовления узорчатых тканей; управляемых набором перфокарт и получивший широкое распространение во всем мире, построил в 1804 г. лионский ткач Ж»М.Жаккар. После работ Жаккара управление с помощью программы, нанесенной на перфокарты, стало использоваться в различных отраслях техники. Так в 60-х годах 19 в. русским изобретателем П.П. Княгинским был сконструирован автомат-наборщик для автоматизации типографского набора. Набираемый текст фиксировался в виде системы отверстий на бумажной перфоленте, которая затем управляла набором [Зб]
Основные тенденции развития ЭВМ
Историко-технический анализ взаимодействия технического развития ЭВМ и их ПО проводится на основе метода марксистско-ленинской диалектики, который конкретизирован и развит советскими учеными для целей истории техники»
Так как изучается взаимодействие двух частей системы, то вначале определим основные тенденции развития этих частей В связи со сложностью современных ЭВМ необходимо при изучении их развития использовать системный подход, который позволяет раскрыть целостность объекта, а также выявить многообразие типов связей и свести их в единую теоретическую картину,. В [51] все материальные системы разделяются на два основных типа: целостные системы несистемные комплексы В целостных системах предметом изучения является прежде всего их структура, законы соединения частей в некое структурное или функциональное целое, их внутренние механизмы и интегральные закономерности- Во втором случае предметом изучения становятся связи, взаимодействия и отношения двух или нескольких объектов - систем, образующих полисистемный комплекс Современные ЭВМ представляют собой сложную систему, по своей структуре ближе всего к полисистемному комплексу, В данном случае основными системами, образующими полисистемный комплекс, являются аппаратура ЭВМ и ПО, Под аппаратурой ЭВМ будем понимать те материальные части машины, которые заняты приемом, хранением, обработкой и выдачей информации Под ПО будем понимать набор программ, который создается для эффективного использования аппаратуры и доступен всем работающим на данной ЭВМ»
Каждый из этих двух элементов (аппаратура и ПО), с одной стороны, является самостоятельной системой, представляющей собой объединение частей в целое, с другой стороны, сам является частью полисистемного комплекса..
Рассмотрим в самом общем плане факторы, влияющие на развитие ЭВМ как самостоятельной полисистемы Материалистическое понимание истории признает, что определяющим моментом исторического прогресса являются условия жизни и развития общества, общественно-историческая практика человечества Практика общественного производства дает науке социальный заказ, а наука, выполняя этот заказ, движется вперед, открывая все новые законы природы и дает возможность практически их использовать в интересах общества [52] Прогресс в области науки, техники и производства, а, следовательно, и расширение круга решаемых задач, является основной причиной, требующей интенсивного развития вычислительных систем То есть, эти факторы, которые можно назвать внешними определяют развитие всей вычислительной системы в целом, а следовательно и влияют на развитие ее составных частей: аппаратуры и ПО Кроме того, вычислительная система развивается под влиянием потребностей двух основных частей вычислительной системы Эти факторы будем называть внутренними Таким образом, если рассматривать аппаратуру и ПО как самостоятельные системы, то их развитие определяют как внешние, так и внутренние факторы .
Под взаимодействием аппаратуры и ПО ЭВМ будем понимать влияние аппаратуры на развитие ПО и, наоборот, влияние ПО на развитие аппаратуры Изучение взаимодействия аппаратуры и ПО в узком понимании относится к изучению внутренних факторов развития Однако изучение внутренних факторов невозможно произвести без учета внешних» Это связано с тем, что, во-первых, на ранних стадиях развития ЭВМ внешние факторы играли наиболее существенную роль и способствовали созданию уровня развития вычислительной техники, достаточного для развития взаимодействия аппаратуры и ПО При низком уровне развития технической базы и ПО взаимодействие этих элементов была довольно простым. Во-вторых, только при эффективном учете сочетания внутренних и внешних факторов можно добиться создания вычислительных средств в более полной степени отвечающих потребностям общества.. О сложном и эффективном взаимодействии аппаратуры и ПО можно говорить при достаточно высоком уровне развития вычислительной техники, а именно это развитие стимулируется внешними факторами.
Для изучения взаимодействия аппаратуры и ПО ЭВМ необходимо в общем виде представить себе основное направление развития этих элементов как самостоятельных систем.. Существенные черты любого развивающегося явления раскрывают всеобщие законы диалектики. Метод материалистической диалектики применяется как единое целое, а не как самостоятельные законы, изолированные от других ее законов Однако в зависимости от конкретной ситуации тот или иной ее закон может выступать на передний план, поскольку именно соответствующая сторона самого предмета исследования начинает играть в данном случае более заметную роль [52].
Влияние аппаратуры ЭВМ на развитие ПО
Перейдем непосредственно к рассмотрению тех условий, которые создает уровень развития аппаратуры для развития ПО.
Уровень развития аппаратуры (а следовательно и условия для развития ПО) определяются несколькими факторами. Основным является (как и для любого технического средства) "социальный заказ" общества. Конкретным проявлением "социального заказа" является формирование технических потребностей. "Социальная функция технических потребностей общества выражается не в определении конструктивных характеристик технических объектов, а в постановке проблемы в виде социально-технического противоречия, которое мо-жет быть разрешено созданием определенных технических объектов" [55, стр.69 .
Технические потребности общества формируются постепенно и когда их неудовлетворение становится тормозом научно-технического прогресса, возникает настоятельная необходимость создания нового технического средства. По отношению к ЭШ эта потребность выражается в необходимости обрабатывать все большие объемы информации. Особенно возросла потребность в выполнении трудоемких расчетов в послевоенные годы. Сложные расчеты необходимо было вести во многих отраслях науки и техники, в первую очередь для развивающейся атомной и ракетной техники, а также в военной промышленности. В связи с этим практически одновременно в нескольких странах велись работы по созданию ЭШ. Основное назначение первых машин было решение научных задач. Круг решаемых задач выдвигал определенные требования к вычислительной системе, которые выражались в следующем:
1) необходимость в большой точности расчетов определяла длину машинного слова обычно от 36 до 60 разрядов;
2) требовалось большое разнообразие и быстрое выполнение арифметических операций;
3) большой объем ЗУ.
Первая ЭШ появилась в 1945 г. (ЭНИАК, США), но только в начале 50-х годов происходит выделение электронной вычислитель ной техники в самостоятельную отрасль и начинается серийный вы пуск ЭШ. Выпускаемые машины, которые мы сейчас относим к маши нам первого поколения, в качестве основного технологического эле мента использовали электронные лампы. Характеристики электронных ламп определяли основные возможности ЭШ. Эти характеристики бы ли значительно лучше, чем у релейных ЦВМ» но все же они были не высоки. Ламповыем машины имели большие габариты, потребляли большую мощность, имели малое быстродействие, малую емкость опе ративной памяти, невысокую надежность.
Вопрос надежности играл особо важную роль. В [4 J приводится такой пример. Машина БЭСМ имела около 5 тыс. электронных /. ламп, срок службы электронных ламп в машине составляет 10 тыс.ча сов. Поэтому без принятия специальных мер каждые два часа долж- ; на выходить из строя одна электронная лампа.
Воплощение требований к вычислительной системе со стороны круга решаемых задач в конкретных технических устройствах зависит от уровня развития техники. Первые ЭШ были очень сложными машинами для своего времени и опирались на весь предшествующий опыт разработки и постройки вычислительных машин. Сравнительно низкий уровень технической базы, а также отсутствие опыта по Однако широкое распространение получили только те идеи, которые находились в соответствии с технической базой. В уеловиях машин 1-го поколения (осбенно в период до 1955 г.) наиболее эффективно развивались БСП. Работы по внедрению алгоритмических языков тормозились малой скоростью работы, малым объемом памяти и отсутствием алфавитно-цифровых устройств ввода/вывода информации. Низкое быстродействие делало также ненужными работы по внедрению ОС. Для реализации мультипрограммирования и разделения времени необходимы были некоторые дополнительные технические средства.
Постоянное совершенствование технологии, структуры и конструкции ЭШ способствовало принятию ряда технических решений, которые повысили уровень технической базы машин 1-го поколения, а также нашли широкое распространение в последующих моделях.
В 1949 г. начала работать ЭШ ЭДСАК - первая машина с хранимой программой, построенная в Англии под руководством проф. М.Уилкса. (Принцип хранимой программы был сформулирован Дж.Нейманом (США.) в 1945 г. в отчете Г501 . Там же были предложены проекты двух машин).
В 1949 г. в ЦЕМ Манчестерского университета (Англия) был предложен метод модификации адресов с помощью индексных регистров (В-регистры) I 58] . Введение индексных регистров способствовало использованию БСП и алгоритмических языков. В этой же машине впервые была введена иерархия памяти (ЭДТ 128 слов и МБ 1024 слова). Эта идея получила широкое распространение в последующих моделях машин по мере создания новых типов памяти и увеличения скорости работы.
