Журнал «Вокруг Света» №2 за 2003 год

Коллекция: В ожидании ГОЛЕМа

Прогресс в вычислительной технике не может не восхищать. всего за 50 лет быстродействие серийно выпускаемых ЭВМ увеличилось в миллион раз при существенном уменьшении размеров и энергопотребления этих умных монстров. сегодня производство компьютеров – крупнейшая отрасль промышленности, и объемы здесь таковы, что только персональных машин продано уже более миллиарда. столь бурное развитие имеет свою причину и замечательную историю, о которой мы и хотим рассказать на примере музея компьютеров.

В мире немало реальных и виртуальных музеев, посвященных компьютерной технике, но этот, содержащий более 3 000 «железных» изделий, 2 000 фильмов, 5 000 фотографий, огромное число документов и много гигабайт программ, обещает стать самым крупным после открытия для свободного доступа в 2005 году, когда он станет частью исследовательского парка NASA в силиконовой долине калифорнии. основанный в 1996 году музей в настоящее время пополняет коллекцию и приводит в рабочее состояние компьютеры, датируемые 1945—1990 годами.

Экспонаты музея компьютеров NASA лишний раз убеждают нас в том, что создатели универсальных счислителей никогда не забывали об облегчении труда домохозяек и индустрии развлечений. игры для ЭВМ разрабатывали уже тогда, когда о персональных компьютерах никто и не мечтал, использование же PC в качестве поваренной книги вообще никогда не давало покоя электронщикам.

Первым инструментом, помогающим людям считать, естественно, была рука. И не случайно почти во всех языках числительное «пять» совпадает с существительным «пять» – кисть руки. Пятеричная система счисления была достаточно распространена в древнем мире, и первые калькуляторы использовали именно пять камушков для исчисления расходов и доходов. Древнеримский абак, работавший еще в V веке до н. э., и китайский суаньпань, появившийся в VI веке, очень сильно напоминают привычные нам счеты, созданные на Руси в XVI веке, только основных костяшек-камушков в них было по 5 на каждой линейке. Служившие верой и правдой до конца XX века русские счеты работали уже в десятичной позиционной системе, и в учебниках по торговому вычислению еще в 80-е годы прошлого века присутствовали главы, посвященные методам работы на них.

Разработкой различного рода механических суммирующих устройств занимались многие известные ученые мужи, включая Леонардо да Винчи, Паскаля и Чебышева. Популярный во всем мире арифмометр в привычном нам виде (счислитель Куммера) был изобретен в середине XIX века учителем музыки. Усовершенствованный В.Т.Однером, под именем «Феликс», он выпускался советской промышленностью вплоть до 70-х годов XX века. Такие механические калькуляторы использовались не только в бухгалтерской практике, но и при инженерных расчетах. Причем вместе с электрификацией всего мира был модернизирован и арифмометр, превратившись в счетную машинку с электрическим приводом. Дальнейший прогресс механических счислителей был крайне затруднен, но бурно развивавшееся изучение электричества преподнесло столько подарков человечеству, что механика почти полностью была вытеснена из компьютеров.

Пока практики изготавливали механические сумматоры и умножители, теоретики разрабатывали принципы построения универсальных счислителей и придумывали архитектуру будущих суперкомпьютеров. В результате многолетних изысканий англичанин Чарльз Бэббидж в 1834 году предложил конструкцию универсальной аналитической счетной машины. Она состояла из «склада» для хранения чисел («накопитель»), «мельницы» – для производства действий над числами («арифметическое устройство»), устройства, управляющего последовательностью операций («устройство управления»), а также механизма ввода и вывода данных. Многие считают именно машину Бэббиджа прообразом современных компьютеров.

В доэлектронную эру механические вычислители использовались и для решения дифференциальных уравнений, и для шифрования секретных сообщений. Печально знаменитая немецкая «Энигма» была, по сути, тем же клавишным арифмометром со специальной системой шифрующих барабанов. Военные, по сути, первыми осознали важность вычислительной техники, и все последнее время именно вопросы национальной безопасности были главным двигателем прогресса ЭВМ.

Пока Европа воевала, Америка готовила технологический прорыв как в области вооружений (атомная бомба) и средств массовой информации (телевизионное вещание), так и в вычислительной технике. К концу второй мировой войны там уже вовсю работали первая электромеханическая вычислительная машина «Марк-1» и целое семейство электронных суперкалькуляторов ENIAC. Эти монстры содержали десятки тысяч электровакуумных ламп и релейных переключателей. И уже в 1953 году была выпущена первая серийная IBM 701, способная осуществлять 17 тысяч операций в секунду. Правда, в том же году заработала и первая советская Большая Электронная Счетная Машина – БЭСМ-1. Она занимала площадь в 100 м2 , потребляла 30 кВт электричества, состояла из 5 тыс. ламп и выполняла до 10 тыс. операций в секунду.

Первое поколение ЭВМ, работавшее на лампах, просуществовало до конца 50-х годов. В 1959 году родилось второе поколение, работающее на транзисторах. Полупроводники были существенно надежней ламп, занимали меньше места и потребляли совсем немного электричества, поэтому только машин IBM 1401 серии было продано более 10 тыс. штук. СССР в те же годы выпускал не только стационарные ламповые ЭМВ для наведения истребителей-перехватчиков («СПЕКТР-4»), но и портативные полупроводниковые ЭВМ «КУРС», предназначенные для обработки радиолокационной информации. В этом же 1959-м IBM выпустила свой первый мэйнфрейм 7090 с быстродействием 230 тыс. операций в секунду и специальную модификацию IBM 7030 для ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе.

В апреле 1964 года IBM анонсировала System/360 – первое семейство универсальных программно-совместимых компьютеров и периферийного оборудования. Элементной базой семейства «360» были гибридные микросхемы, и новые модели стали считать машинами третьего поколения. Таким образом, транзисторные машины в биографии ЭВМ заняли всего лишь 5 лет. А спустя еще 6 лет, в 1971-м, IBM представила семейство System/370 на новой технической базе – монолитных интегральных схемах.

Идея универсальных вычислительных машин была прогрессивна в коммерческом плане, и уже не только военные и ученые, но и бизнесмены с политиками и промышленниками стали активно использовать ЭВМ в своей работе.

СССР в эти годы еще удерживал паритет по универсальным компьютерам, выпуская различные модификации ЭВМ – «Минск», «Мир» и суперЭВМ – БЭСМ-6, способную производить в секунду 1 млн. операций. Семейство ЕС ЭВМ, разрабатываемое всем содружеством социалистических стран, вполне удовлетворяло потребности военно-промышленного комплекса и систем автоматического управления производственными процессами. Многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-2» с производительностью 125 млн. операций в секунду совсем неплохо выглядел в 1985 году, хотя американский Cray-2, достигший в том же 1985-м быстродействия 2 млрд. операций в секунду, шел с большим отрывом.

В настоящее время основные производители суперкомпьютеров поставили себе задачу к 2010 году достичь производительности в один петафлоп – миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду. Задачи, которые будут решать суперкомпьютеры с такой производительностью, распадаются на два класса. К первому относятся криптография (в том числе взламывание кодов) и создание искусственного интеллекта, ко второму – моделирование ядерных взрывов, долгосрочный прогноз погоды и вычислительные задачи гидродинамики. В США главным заказчиком первого круга задач является Агентство национальной безопасности (АНБ), второго – NASA.

Но суперкомпьютеры делают сегодня не только в Америке. Японское правительство, потратив около 400 млн. долларов на финансирование 5-летней программы по созданию суперкомпьютера NEC Earth Simulator, состоящего из 5 120 процессоров, существенно обогнало американцев, достигнув быстродействия 36 Тфлопс. Эта компьютерная модель Земли, установленная в одноименном исследовательском центре в городе Йокогама, используется для анализа климатических изменений и определения закономерностей сейсмических процессов.

В России тоже производят суперкомпьютеры, и хотя состоят они из импортных комплектующих, решают наши задачи. В июле 2001 года в Межведомственном суперкомпьютерном центре была введена в действие система МВС-1000М с пиковой производительностью 1 Тфлопс (триллион операций с плавающей запятой в секунду). Пока в Москве работает всего одна такая машина, но в планы НИИ «Квант» входит постепенная замена суперкомпьютеров предыдущего поколения МВС-100 на новые машины.

Совсем недавно фирма Cray запустила Cray X1 стоимостью 2,5 млн. долларов с потенциальными характеристиками 52,4 Тфлопс и 65,5 Терабайт ОЗУ, то есть суперкомпьютер, способный производить 50 триллионов операций с плавающей точкой и удерживающий в оперативной памяти все библиотеки мира. Осенью 2002 года японский NEC Earth Simulator был самым быстрым компьютером в мире, но весной 2003-го официальным лидером скорее всего станет Cray X1. Конечно, до придуманного в 1981 году Станиславом Лемом GOLEM XIV этим суперкомпьютерам еще далеко, но и такие параметры – тоже неплохо. Опять же до 2029 года, когда, по мысли фантаста, должен быть собран GOLEM, время еще есть. Кстати, GOLEM (ГОЛЕМ) переводится как «генеральный управитель, дальномыслящий, этически стабилизированный, мультимоделирующий» – General Operator, Longrange, Ethically Stabilized, Multi-modelling.

Если же говорить о персональных компьютерах, то у них существует два дня коммерческого рождения. Первый – это апрель 1977 года, когда на Компьютерной ярмарке в Сан-Франциско был продемонстрирован Apple II. Однако во всем мире, кроме Америки, не Макинтоши ассоциируются с домашним и личным компьютером. Эту нишу сегодня занимает другая разновидность ЭВМ, официальная презентация которой состоялась 12 сентября 1981 года в Нью-Йорке, – IBM PC и совместимые с ними компьютеры. Их производят во всех уголках планеты, и именно они составляют основной парк персональных машин. Главная причина такой популярности – «открытость» платформы, при которой любой производитель может сам делать то «железо», которое ему надо.

Сегодня в мире очень много фирм, производящих компьютеры, и еще больше – пишущих программное обеспечение. Без операционной системы и прикладных программ РС – просто набор красивых предметов. Именно полезность в работе, учебе, быту и на отдыхе вызывает неугасающий интерес современного человека к вычислительной технике. Но если американцы думают, что именно благодаря их успехам в электронно-вычислительной технике удалось избежать третьей мировой войны, то мы твердо знаем, что благодаря этим самым успехам в наш мир пришло столько соблазнов, что в школьную программу наряду с информатикой пора вводить курс информационной безопасности, дабы научить детей отличать хорошее от плохого.

Владимир Николаев