Беседы о поколениях ЭВМ

Н. Бусленко, В. Бусленко

©   Издательство "Молодая гвардия", 1977 г.

Все настойчивее вторгаются электронные вычислительные машины в науку и в народное хозяйство. О зарождении этих машин, принципе их действия, их развитии и влиянии на жизнь человека расскажут член-корреспондент АН СССР Н. Бусленко и его сын кандидат технических наук В. Бусленко.

- Ну что ж, пора поговорить и о перспективах развития ЭВМ.

- Строить прогнозы - дело опасное. Здесь легко оторваться от реальности и попасть в область фантастики. И все же, пожалуй, стоит остановиться на двух направлениях: новых физических принципах построения ЭВМ и внедрении вычислительной техники четвертого поколения в самую гущу жизни.

Нужно иметь в виду, что даже четвертое поколение еще не сложилось окончательно. ЭВМ на больших интегральных схемах выходят из стадии разработок, начинается их серийный выпуск, но опыт работы на них еще мал. Тем не менее, об основных перспективах развития вычислительной техники можно уже говорить. И начать этот разговор стоит с использования новых физических принципов.

В настоящее время, несмотря на достаточные успехи в построении ЭВМ на традиционных принципах, ведутся работы по созданию компьютеров на основе новых физических явлений. Одним из таких направлений является лазерная техника.

Лазер - сложнейшее техническое устройство, представляющее собой мощный генератор высокочастотных световых импульсов. Об интенсивности и концентрации луча лазера можно судить хотя бы по такому факту. В настоящее время проводится лазерное исследование поверхности Луны. Луч лазера, посланный с Земли, легко достигает лунной поверхности и "высвечивает" на ней световое поле размером всего несколько метров.

Сфера применения лазерной техники существенно расширяется в связи с появлением так называемой волоконной оптики или гибких световодов. Представьте себе тончайший прозрачный волосок - это световой канал. Он устроен таким образом, что луч света, попавший в один его конец, отражаясь от зеркальных стенок, уже не выходит в сторону, а двигается по этому световоду, пока не выйдет из другого его конца. Чем не проводник? Его можно как угодно изгибать, соединяя световые устройства друг с другом, как детали электронных схем.

Обычно световоды объединяют в мощные жгуты по нескольку тысяч элементарных нитей. Такой световой кабель может передавать огромное количество информации: во-первых, за счет колоссального числа световодов; во-вторых, благодаря тому, что по одному и тому же волоску можно передавать несколько сообщений на разных частотах (подобно тому, как по одному электрическому проводу идет десяток телеграмм).

Так родилось новое направление - оптоэлектроника.

Конструкторы вычислительных устройств не могли не обратить внимания на это интересное изобретение; ведь его применение в ЭВМ удивительно перспективно. Как известно, свет распространяется с максимальной в природе скоростью - "со скоростью света" - 300 тысяч километров в секунду. Значит, можно создавать вычислительные устройства, работающие на подобных скоростях. Кроме того, появляется возможность спроектировать запоминающее устройство колоссальной емкости: ведь размеры участка для запоминания единицы информации могут иметь порядок длины световой волны. Заманчиво построить компьютер на подобных принципах!

Дальнейшее совершенствование оптоэлектронных методов передачи и хранения информации привело создателей ЭВМ к мысли, что элементарные световоды-волоски могут передавать не только двоичные знаки, но и другие порции информации, например, целые изображения, телевизионные кадры. Пусть на одном конце светового проводника стоит устройство, которое сжимает изображение до небольших размеров и мощным световым лучом посылает его в канал. На другом конце специальный "усилитель" воспринимает это изображение и увеличивает его до размеров, удобных для обозрения.

Это открывает пути для немыслимого до сиз пор способа обработки данных. Ведь, используя "картинку" в качестве "элементарной единицы" информации, можно, например, совершенно преобразить машинный поиск. Любой сложный признак информации будет найден не по громоздкому коду или шифру, а путем простого оптического сравнения - наложением.

Более того, таким признаком может оказаться не только слово или фраза, но и любая картинка, скажем, фотография человека. Уже сейчас созданы образцы такой памяти, где луч света, обегая небольшую пластинку, хранящую несколько сот элементарных картинок, мгновенно и безошибочно находит искомую.

Очевидно, можно хранить не только плоские картинки, но и объемные изображения. Это становится возможным при использовании голографических методов формирования изображений.

Последним и наиболее фантаситческим прогнозом, который следует отметить, является выросшая из голографии идея об операциях над "образами" - объемными или плоскими изображениями.

Обычно перспективы в области применения ЭВМ всегда связывают с развитием самих ЭВМ, точнее говоря, - их эволюционным развитием. Совершенствование элементарной базы, увеличение быстродействия, объема памяти, пропускной способности каналов и устройств ввода-вывода - вот главные факторы. Однако в настоящее время ситуация в области вычислительной техники такова, что развитие компьютеров опережает прогресс в области их практического использования. Серийное производство ЭВМ новых поколений может быть организовано быстрее, чем внедрение их в практику.

И это не простая проблема. Извлечь все, что дает нам поразительный скачок в возможностях ЭВМ, - это, пожалуй, самая насущная задача, стоящая перед человечеством. В силу этого, говоря о перспективах, следует особенно подчеркнуть ту новую качественную особенность ЭВМ четвертого поколения, ту тенденцию, которую можно было бы назвать "симбиозом" человека и ЭВМ, более плотным переплетением их "жизненных линий".

Создание человеко-машинных систем, все более тесное взаимодействие человека и ЭВМ, все большее высвобождение человека из-под гнета тяжелого, непроизводительного умственного труда - однообразных рутинных счетных операций - позволяют по-настоящему говорить о промышленной революции, которую совершили ЭВМ.

Одной из наиболее характерных человеко-машинных систем являются АСУ. Посмотрим, какие же тенденции наблюдаются в этой области.

Техническая база АСУ может теперь опираться на иерархическую сеть ЭВМ, располагающую весьма разнородными средствами, от гигантских мультипроцессорных ЭВМ до миниатюрных микропроцессоров.

Пусть речь идет об АСУ какого-нибудь предприятия. В центре такой системы будет стоять многопроцессорная вычислительная машина большой производительности. Каждое подразделение предприятия: цех, склад, дирекция - будет располагать собственной мини-ЭВМ средней производительности; все они должны быть связаны с главной ЭВМ. Но мини-ЭВМ подразделений, в свою очередь, тоже являются центрами сети более низкого уровня - это мини-ЭВМ небольшой мощности, стоящие на каждом технологическом участке предприятия. И наконец, эти мини-ЭВМ соединены с сотнями микрокомпьютеров, встроенных в автоматические технологические линии, в погрузочные средства, в агрегаты и реакторы. Такая иерархическая сеть представляет собой единый организм, управляемый "центральным мозгом", получающим сигналы от всех периферийных источников информации.

Преимущества подобной организации заключаются в том, что она дробит функцию управления на более мелкие процедуры и выход в этом случае из строя отдельного микропроцессора, мини-ЭВМ или даже центральной ЭВМ не влечет за собой отказа системы в целом. При такой постановке дела большой ЭВМ нет необходимости контролировать всю систему и управлять всеми производственными компонентами, такими, как паровой котел, фрезерный станок, испаритель или каталитический конвертор. Это с успехом сделают микропроцессоры.

Иерархические сети ЭВМ получают распространение не только в АСУ предприятий и ведомств, но и при создании систем управления широкого профиля. Конечно, такие системы создавались и раньше, но применение ЭВМ в них было затруднено, во-первых, высокой их стоимостью, во-вторых, ЭВМ третьего поколнеия нуждались в специальном изолированном помещении с кондиционерами и другой вспомогательной аппаратурой, поэтому рентабельность подобных систем была невысока.

Управление дорожным движением с помощью микропроцессоров может представлять собой наглядный пример использования микро-ЭВМ в подобных системах управления. Система на основе микропроцессоров во много раз дешевле и благодаря своей гибкости может, помимо основных функций, выполнять множество дополнительных заданий: контролировать количество проезжающих машин, их скорость и число пассажиров.

Мини-ЭВМ и микрокомпьютеры используются, например, в системе управления самолетом. Компьютер получает в полете информацию о высоте, наружной температуре воздуха, степени сжатия в двигателях и подсказывать пилоту, на какой высоте ему следует держаться. Более точно подбирая высоту и режим полета, компьютер позволяет экономить до 5 процентов дорогостоящего горючего.

Пожалуй, ни в одной отрасли промышленности так сильно не сказывается воздействие микрокомпьютеров, как в приборостроении. Использование их в измерительных приборах настолько упрощает и ускоряет различные измерения, что можно говорить о новом этапе в развитии измерительной техники.

Не менее широко проникновение микрокомпьютеров и в сферу услуг. Например, на основе микропроцессора на большой интегральной схеме предложен новый счетчик для такси. Он следит за маршрутом и одновременно показывает стоимость проезда для каждого из пяти пассажиров, севших в машину в разных местах.

Почтовые весы с компьютером - новинка на почте. В память таких весов вводятся почтовые тарифы, и микрокомпьютер после взвешивания почтовых отправлений и ввода почтового индекса сам подсчитает стоимость почтового сбора.

Устройство для считывания цифровых и буквенных знаков в автоматическом кассовом аппарате (читающий автомат) еще одна область применения микропроцессоров. Маленькая палочка, размером с многоцветную шариковую ручку, перемещаемая вдоль строки цифр или букв, позволяет считывать информацию в пять раз быстрее любого оператора, набирающего ее на клавиатуре.

Миниатюризация счетных элементов и совершенствование конструкции микро-ЭВМ приводят к созданию универсальных микрокомпьютеров с программным управлением. Эти карманные ЭВМ на батарейках позволяют самому широкому кругу пользователей составлять программы и решать задачи точно так же, как это делается на бльших ЭВМ.

Устройство ввода такой машинки воспринимает информацию с миниатюрных магнитных карточек. Задать программу и закодировать ее на карточки можно с помощью клавиатуры самого компьютера. Затем карточка вставляется в считывающее устройство и вводится нажатием одной из клавиш. Запрограммировав десяток задач, можно, меняя карточки, настраивать такую ЭВМ на решение любой из них - от планирования бюджета семьи до сложных инженерных расчетов!

Такое карманное устройство, обладающее памятью в миллион бит, можно использовать как вычислитель, телефонную книгу, дневник, календарь деловых встреч, словарь! Часто употребляемые формулы, трудные для написания слова, телефонные номера, адреса, имена и фамилии и всевозможные другие данные можно извлекать из памяти простым нажатием одной или нескольких клавиш. Информация выдается на бумажную ленту, где она печатается быстро и бесшумно. Люди смогут лучше планировать свой день. Встроенные часы автоматически напомнят о ранее запланированных встречах.

По мнению специалистов, революция в производстве дешевых и миниатюрных ЭВМ окажет глубочайшее влияние на весь быт людей; и это не фантастические проекты далекого будущего. Уже сейчас размеры электронных калькуляторов определяются в основном размерами клавиатуры, а не микропроцессорных электронных схем. Вопрос их массового распространения связан лишь со снижением стоимости.

Наиболее нетривиальная, но, пожалуй, не менее перспективная область приложения микропроцессоров - создание новых товаров широкого потребления!

Специалисты считают, что микропроцессоры будут использоваться в жилых домах, в автомашинах, в бытовых электроприборах и в других потребительских товарах в значительно большей степени, чем в любой другой продукции.

Так появятся "умные вещи", перед которыми поблекнут скатерть-самобранка и волшебная дудочка. В настоящее время их еще немного, и цены на них пока высоки. Но первые образцы уже появились. Вот некоторые из них.

Умная печь. Она может быть запрограммирована на любую последовательность операций, например, медленное размораживание продуктов, их выдержку с целью выравнивания до комнатной температуры и затем приготовление блюда в любом температурном режиме. Такая микроволновая печь сама подогреет жаркое к нужному часу, допустим, к приходу гостей.

Умный видеомагнитофон может воспроизвести любую из 200 хранящихся в магнитной памяти видеозаписей. Простое нажатие кнопки настраивает микропроцессор на поиск и демонстрацию нужного фрагмента.

Умные часы. Одна из моделей таких часов позволяет владельцу ввести в нее любые даты, скажем, дни рождения друзей, и спустя несколько месяцев часы сами напомнят, что пора покупать подарок.

Умная стиральная машина производит все операции с учетом конкретных условий: вида ткани, веса белья, степени загрязнения. Установленные в сушильном отсеке датчики влажности и температуры сами подберут нужную (оптимальную) продолжительность и скорость сушильного цикла.

Появились уже первые автомобили, в которых использованы микрокомпьютеры. Микропроцессор, подающий команды на карбюратор, способен оптимально спланировать режим подачи топлива с учетом нагрузки на вал двигателя и рельеф дороги.

Внедрение микропроцессоров в бытовые товары создает для их потребителей особый комфорт и существенно экономит время и силы. Дело здесь не только в особом удобстве обращения с такими вещами - сами функции товаров могут существенно улучшиться. И произойдет это не за счет дорогостоящей перестройки их механических или электронных схем, а путем оптимального управления происходящими процессами. Ведь такая микро-ЭВМ явится своеобразной АСУ: АСУ автомобиля, АСУ холодильника или АСУ стиральной машины.

На очереди АСУ квартиры! Микро-ЭВМ будут контролировать систему отопления и кондиционирования воздуха, вовремя включать и выключать бытовые приборы. Будет в такой АСУ квартиры и свой "банк данных", где будут храниться печатные сообщения прессы и по желанию воспроизводиться на экране телевизора; можно даже запрограммировать выбор сообщений по определенной тематике.

Такой универсальный компьютер в союзе с телевизором, видеомагнитофоном, дисплеем и кнопочным пультом, соединенный по телефонному каналу с большим банком информации, стоящим в центре города, и есть та домашняя ЭВМ, о которой иногда поговаривают фантасты.