Аркадий Частиков - Архитекторы компьютерного мира

• Название: Архитекторы компьютерного мира
• Автор: Аркадий Частиков
• Издательство: БХВ-Петербург
• Жанр: История
• Год: 2002
• ISBN: 5-94157-138-0

В книге прослеживается история и эволюция компьютерного мира, которую можно условно разделить на несколько периодов: период, предшествующий компьютерной эпохе; период создания первых компьютеров и появления первых языков программирования; период становления и развития компьютерной индустрии, возникновения компьютерных систем и сетей; период создания объектно-ориентированных языков программирования и новых компьютерных технологий. Каждая из глав книги посвящена отдельному периоду, изобретателям, конструкторам и программистам — архитекторам компьютерного мира.

Для широкого круга читателей

---

Но, пожалуй, более ценным новшеством, чем мнемоника, введенная на EDSAC, явилась библиотека подпрограмм. Надо сказать, что программисты уже были знакомы с понятием подпрограммы. Грейс Хоппер и ее коллеги применяли подпрограммы на гарвардской машине Говарда Айкена. Они имели блокноты с записью наиболее употребляемых подпрограмм, чтобы в случае необходимости не составлять их заново.

Проблема состояла в том, что адреса расположения команд и переменных подпрограммы в памяти менялись в зависимости от ее размещения в последней. Настройка подпрограмм на определенное место в памяти, очевидно, нуждалась в автоматизации, и впервые это было сделано в компьютере EDSAC. Программисты EDSAC начали с написания набора унифицированных подпрограмм, которые и образовали библиотеку. После этого достаточно было ввести лишь короткую команду, чтобы компьютер самостоятельно проделал всю работу по настройке и размещению подпрограммы внутри основной программы.

Морис Уилкс назвал мнемоническую схему для EDSAC и библиотеку подпрограмм собирающей системой (по-английски assembly system — отсюда слово "ассемблер"), поскольку она собирала последовательности подпрограмм.

В настоящее время языки программирования, в которых короткие мнемонические имена непосредственно соответствуют отдельным машинным командам, называются языками ассемблера. Так что, Морис Уилкс считается создателем (1949 год) одного из так называемых языков ассемблера.

Компьютер EDS АС успешно использовался в расчетах по правительственному проекту ядерных исследований, проводимых в Кембридже.

В начале 50-х годов группа разработчиков, возглавляемая Уилксом, приступила к созданию второй версии компьютера EDSAC — EDSAC–II, который был введен в эксплуатацию в 1958 году.

При конструировании машины EDSAC–II были впервые воплощены идеи Мориса Уилкса по построению систем управления — идеи микропрограммирования. Известно, что один из важнейших вопросов, который приходится решать при конструировании компьютера, заключается в том, как управлять в компьютере потоками электрических сигналов, переносящих информацию. В настоящее время существуют, в принципе, два метода построения систем или устройств управления. Один из методов построения системы управления состоит в том, что ей придают "жесткую", т. е. неизменяемую, схему внутренних соединений и в таком виде присоединяют к другим электрическим цепям процессора. Другой подход, позволяющий получить более гибкую, более простую, а в ряде случаев и более дешевую систему управления, сводится к тому, что систему управления заменяют программой, содержащей подробные инструкции по управлению машиной в кодированной форме. Такую программу помещают в отдельный блок памяти, который вводят в состав процессора.

Этот подход реализации функций управления Морис Уилкс начал разрабатывать еще в 1949 году. После двух лет исследований он пришел к выводу, что наилучший подход к конструированию системы управления состоит в том, чтобы рассматривать ее как матрицу, или прямоугольную таблицу, в которой каждый горизонтальный ряд клеток соответствует одному такту, а каждый вертикальный столбец — одной из линий передачи управляющих сигналов. При таком подходе выбор последовательности операций упрощается и сводится к тому, что в клетках каждого горизонтального ряда должны быть проставлены двоичные символы, которые образовали бы нужную комбинацию: для каждой управляющей линии, которая во время данного такта должна быть включена, следует в соответствующей клетке проставить единицу, а в клетках тех линий, которые должны быть отключены, записать нули.

Аппарат, эквивалентный управляющей матрице, представляет собой простое запоминающее устройство, построенное из повторяющихся элементов. Содержимое каждой ячейки в ряду определяет состояние соответствующей линии управления в течение одного такта. Набор двоичных цифр, образующий одну макроинструкцию, служит теперь просто для того, чтобы выбрать подходящий ряд или последовательность рядов в управляющей памяти. Иными словами, макроинструкция становится адресом, обозначающим ряд. Ввиду этого построение системы управления из задачи конструирования электронного устройства превращается в задачу разработки программного обеспечения. Сложность ее состоит теперь не в том, чтобы подобрать правильную комбинацию схем с жесткими связями для генерации управляющих сигналов, а в том, чтобы правильно определить комбинации единиц и нулей, которые нужно записать в управляющую память.

Уилкс провел аналогию между этим подходом и обычным программированием и для описания своих идей заимствовал термины из области программирования, прибавив к ним в каждом случае приставку "микро", указывающую на элементарность операций управления. Так появился термин "микропрограммирование" и целое семейство родственных ему. В частности, каждый ряд клеток в управляющей матрице Уилкс назвал микроинструкцией, а каждую последовательность рядов, выполняющих одну макроинструкцию, — микропрограммой. Запоминающее устройство для хранения микропрограмм ученый предложил называть микропрограммной памятью. Принцип микропрограммирования облегчил понимание функций управления, а благодаря тому, что сложные схемы управления оказались замененными матрицей из повторяющихся запоминающих ячеек, упростилось построение аппаратуры. Еще важнее то, что этот принцип позволил придать машине дополнительную гибкость: стало возможным изменять систему управления, не конструируя заново аппаратную часть.

Свои идеи по микропрограммированию Морис Уилкс представил в докладе "Наилучший метод конструирования автоматической вычислительной машины" на конференции в Манчестерском университете, состоявшейся в июле 1951 года. Предложенный им метод стал основой техники микропрограммирования, которой предстояло стать популярной двумя десятилетиями позже, в начале 70-х годов.

В том же, 1951 году, Уилкс опубликовал еще одну работу. Совместно с двумя коллегами, Дэвидом Уиллером и Стенли Гиллом, он написал первый учебник по программированию.

К 60-м годам, после EDSAC–II, стало ясно, по какому направлению пойдет развитие компьютеров. Как писал в эти годы Уилкс, "первые компьютеры в известном смысле были вещью для программиста", и довольно скоро стала очевидна неэффективность такого использования дорогого и дефицитного оборудования. На смену однопрограммному режиму работы пришли многопрограммный режим и режим разделения времени. "Оно не было следствием открытия какого-либо нового принципа, просто стало ясно, что существующие технические средства можно использовать гораздо лучше, чем до сих пор," — писал М. Уилкс. В США, Англии и СССР развернулись работы по созданию систем с разделением времени, и первая CTSS была разработана Ф. Корбато и Р. Фано в 1963 году в Массачусетском технологическом институте. Затем в Англии в середине 60-х годов ученые Кембриджа в сотрудничестве с фирмой Ferranti Ltd под руководством Мориса Уилкса создали систему с разделением времени Titan.

С 1965 года Уилкс, будучи профессором Компьютерных технологий, вместе с Чарльзом Лангом участвовал в создании системы автоматизированного проектирования на основе миникомпьютеров PDP-7 компании DEC. Эта система совершенствовалась в течение 15 лет.

В 1974 году Морис Уилкс включился в работу по созданию корпоративной сети Кембриджского университета, так называемое "кольцо Кембриджа", с использованием сравнительно недорогих рабочих станций.

Выйдя в отставку и покинув Кембридж в 1980 году, он стал штатным консультантом компании DEC, а затем членом ученого совета по планированию научных исследований организации Olivetti Research Board. По возвращении в Кембридж он становится Заслуженным профессором в отставке, а в 1993 году ему была присвоена степень Почетного доктора наук.

Морис Уилкс был первым президентом Британского компьютерного общества, членом Королевского общества, иностранным членом многих академий — Испании, Америки, Еермании и др. В 1967 году он получил Тьюринговскую премию как первооткрыватель в таких областях, как компьютеры с хранимой программой, библиотеки подпрограмм и микропрограммирование.

Том Килбурн

Дальнейшее наше повествование посвящено другому первооткрывателю — Тому Килбурну, скромному профессору из Манчестера.

Он родился в 1921 году в Дьюсбери, в графстве Йоркшир (Англия). Закончив школу, Килбурн поступил в Кембриджский университет, где его страстью стала математика. По окончании университета он получил степень бакалавра наук, а затем магистра наук.

В 1942–1946 годах Том Килбурн проводил исследования в области электричества, магнетизма и электроники в City & Guilds в Лондоне, а затем работал в Научно-исследовательском институте дальней связи. Здесь состоялась его встреча с новым боссом, а затем коллегой Фредериком Уильямсом. Том Килбурн быстро произвел на всех впечатление как человек с острым мышлением и технически грамотный специалист в области электронной схемотехники и как член группы Уильямса сделал много усовершенствований в электронных схемах радара.