Η γέννηση του σοβιετικού συστήματος αντιπυραυλικής άμυνας. Μακρύς δρόμος για τα ολοκληρωμένα κυκλώματα
Τυποποίηση
Όσο για την πρώτη εργασία - εδώ, δυστυχώς, όπως αναφέραμε στο προηγούμενο άρθρο, δεν υπήρχε μυρωδιά τυποποίησης υπολογιστών στην ΕΣΣΔ. Αυτή ήταν η μεγαλύτερη μάστιγα των σοβιετικών υπολογιστών (μαζί με τους αξιωματούχους), που το ίδιο δεν κατάφερε να ξεπεράσει. Η ιδέα ενός προτύπου είναι μια συχνά υποτιμημένη εννοιολογική ανακάλυψη της ανθρωπότητας, που αξίζει να σταθεί στο ίδιο επίπεδο με την ατομική βόμβα.
Η τυποποίηση παρέχει ενοποίηση, διοχέτευση, τεράστια απλοποίηση και μείωση του κόστους υλοποίησης και υποστήριξης και εκπληκτική συνδεσιμότητα. Όλα τα εξαρτήματα είναι εναλλάξιμα, τα μηχανήματα μπορούν να σφραγιστούν σε δεκάδες χιλιάδες, δημιουργείται συνέργεια. Αυτή η ιδέα εφαρμόστηκε 100 χρόνια νωρίτερα στα πυροβόλα όπλα. όπλα, 40 χρόνια νωρίτερα στο αυτοκίνητο – τα αποτελέσματα ήταν πρωτοποριακά παντού. Είναι ακόμη πιο εντυπωσιακό ότι μόνο στις ΗΠΑ σκέφτηκαν να το εφαρμόσουν σε υπολογιστές. Στο τέλος, όταν δανειστήκαμε το IBM S/360, δεν κλέψαμε το ίδιο το mainframe, ούτε την αρχιτεκτονική του, ούτε το πρωτοποριακό υλικό. Απολύτως όλα αυτά θα μπορούσαν εύκολα να είναι οικιακά, είχαμε περισσότερα από αρκετά άμεσα χέρια και λαμπερά κεφάλια, έξυπνες (και σύμφωνα με τα δυτικά πρότυπα επίσης) τεχνολογίες και μηχανές ήταν σε αφθονία - η σειρά M του Kartsev, Setun, MIR, μπορεί να καταγραφεί για μεγάλο χρονικό διάστημα . Κλέβοντας το S/360, πρώτα από όλα, δανειστήκαμε κάτι που δεν είχαμε ως κατηγορία γενικά όλα τα χρόνια της ανάπτυξης των ηλεκτρονικών τεχνολογιών μέχρι αυτό το σημείο - την ιδέα ενός προτύπου. Αυτό ήταν το πολυτιμότερο απόκτημα. Και, δυστυχώς, η μοιραία έλλειψη μιας ορισμένης εννοιολογικής σκέψης έξω από τον μαρξισμό-λενινισμό και η «λαμπρή» σοβιετική διαχείριση δεν μας επέτρεψαν να το συνειδητοποιήσουμε εκ των προτέρων μόνοι μας.
Ωστόσο, για το S / 360 και την ΕΕ θα μιλήσουμε αργότερα, αυτό είναι ένα επίπονο και σημαντικό θέμα, που σχετίζεται επίσης με την ανάπτυξη στρατιωτικών υπολογιστών.
Η τυποποίηση στην τεχνολογία των υπολογιστών έγινε από την παλαιότερη και μεγαλύτερη εταιρεία υλικού - φυσικά, την IBM. Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1950, θεωρούνταν δεδομένο ότι οι υπολογιστές κατασκευάζονταν μεμονωμένα ή σε μικρές παρτίδες των 10-50 μηχανών, και κανείς δεν μάντεψε να τους κάνει συμβατούς. Όλα άλλαξαν όταν η IBM, υποκινούμενη από τον αιώνιο ανταγωνιστή της UNIVAC (που μόλις κατασκεύαζε τον υπερυπολογιστή LARC), αποφάσισε να κατασκευάσει τον πιο περίπλοκο, μεγαλύτερο και ισχυρότερο υπολογιστή της δεκαετίας του 1950 - το Σύστημα Επεξεργασίας Δεδομένων IBM 7030, πιο γνωστό ως Stretch. Παρά την πρόοδο της βάσης στοιχείων (το μηχάνημα προοριζόταν για τον στρατό και επομένως η IBM έλαβε έναν τεράστιο αριθμό τρανζίστορ από αυτά), η πολυπλοκότητα του Stretch ήταν απαγορευτική - ήταν απαραίτητο να αναπτυχθούν και να τοποθετηθούν περισσότερες από 30 πλακέτες με αρκετές δεκάδες στοιχεία στο καθένα.
Οι σπουδαίοι άνθρωποι που εργάζονται στο Stretch περιλαμβάνουν τον Gene Amdahl (αργότερα προγραμματιστή του S/360 και ιδρυτή της Amdahl Corporation), τον Frederick P. Brooks (Jr. επίσης προγραμματιστής του S/360 και συγγραφέας της έννοιας της αρχιτεκτονικής λογισμικού) και ο Lyle Johnson ( Lyle R Johnson, συγγραφέας της έννοιας της αρχιτεκτονικής υπολογιστών).
Παρά την κολοσσιαία δύναμη της μηχανής και τον τεράστιο αριθμό καινοτομιών, το εμπορικό έργο απέτυχε εντελώς - μόνο το 30% της ανακοινωθείσας απόδοσης επιτεύχθηκε και ο πρόεδρος της εταιρείας, Thomas J. Watson Jr., μείωσε αναλογικά την τιμή των 7030 αρκετές φορές, γεγονός που οδήγησε σε μεγάλες απώλειες.
Το έργο Stretch ονομάστηκε αργότερα από τον Jake Widman (Jake Widman's Lessons Learned: IT's Biggest Project Failures, PC World, 09.10.08) ως μία από τις 10 κορυφαίες αποτυχίες διαχείρισης στον κλάδο της πληροφορικής. Ο ηγέτης ανάπτυξης Stephen Dunwell πήρε την τιμωρία για την εμπορική αποτυχία του Stretch, αλλά λίγο μετά την εκπληκτική επιτυχία του System/360 το 1964, σημείωσε ότι οι περισσότερες από τις βασικές ιδέες του εφαρμόστηκαν για πρώτη φορά το 7030. Ως αποτέλεσμα, όχι μόνο συγχωρέθηκε, αλλά Το 1966 έλαβε επίσημη συγγνώμη και έλαβε επίτιμο συνεργάτη της IBM.
Οι τεχνολογίες 7030 ήταν μπροστά από την εποχή - προ-ανάκτηση εντολών και τελεστών, παράλληλη αριθμητική, προστασία, παρεμβολή και μνήμη εγγραφής μνήμης RAM, ακόμη και μια περιορισμένη μορφή εκτέλεσης εκ νέου αλληλουχίας που ονομάζεται Εκτέλεση εντολών - ο προπάππους της ίδιας τεχνολογίας στο Επεξεργαστές Pentium. Επιπλέον, ο επεξεργαστής κυκλοφόρησε και το μηχάνημα ήταν σε θέση να μεταφέρει (χρησιμοποιώντας έναν συνεπεξεργαστή ειδικού καναλιού) δεδομένα από τη μνήμη RAM σε εξωτερικές συσκευές απευθείας, εκφορτώνοντας τον κεντρικό επεξεργαστή. Ήταν κάπως ακριβή έκδοση της τεχνολογίας DMA (Direct Memory Access) που χρησιμοποιούμε σήμερα, αν και τα κανάλια Stretch διαχειρίζονταν ξεχωριστοί επεξεργαστές και είχαν πολλές φορές περισσότερη λειτουργικότητα από τις τρέχουσες κακές υλοποιήσεις (και ήταν κατά μια τάξη μεγέθους πιο ακριβά!) . Αργότερα, αυτή η τεχνολογία μεταφέρθηκε στο S / 360.
Το πεδίο εφαρμογής του IBM 7030 ήταν τεράστιο - η ανάπτυξη ατομικών βομβών, η μετεωρολογία, οι υπολογισμοί για το πρόγραμμα Apollo. Μόνο το Stretch θα μπορούσε να τα κάνει όλα αυτά, χάρη στο τεράστιο αποτύπωμα μνήμης και την απίστευτη ταχύτητα επεξεργασίας. Έως έξι εντολές θα μπορούσαν να εκτελεστούν εν κινήσει στον ευρετηριαστή και έως και πέντε εντολές θα μπορούσαν να φορτωθούν ταυτόχρονα στους prefetchers και στις παράλληλες ALU. Έτσι, ανά πάσα στιγμή, έως και 11 εντολές θα μπορούσαν να βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια εκτέλεσης - αν αγνοήσουμε την ξεπερασμένη βάση στοιχείων, τότε οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές δεν απέχουν πολύ από αυτήν την αρχιτεκτονική. Για παράδειγμα, η Intel Haswell επεξεργάζεται έως και 15 διαφορετικές οδηγίες ανά κύκλο, που είναι μόνο 4 περισσότερες από τον επεξεργαστή της δεκαετίας του 1950!
Κατασκευάστηκαν δέκα συστήματα, το πρόγραμμα Stretch κόστισε στην IBM 20 εκατομμύρια δολάρια, αλλά η τεχνολογική του κληρονομιά ήταν τόσο πλούσια που γρήγορα ακολούθησαν εμπορικά επιτυχημένα προϊόντα. Παρά τη σύντομη διάρκεια ζωής του, το 7030 έφερε πολλά οφέλη και αρχιτεκτονικά ήταν ένα από τα πέντε πιο σημαντικά μηχανήματα στον κόσμο. ιστορία.
Ωστόσο, η IBM θεώρησε το άτυχο Stretch ως αποτυχία και γι' αυτό οι προγραμματιστές έμαθαν το κύριο μάθημα - ο σχεδιασμός του σιδήρου δεν ήταν ποτέ πια μια άναρχη τέχνη. Έχει γίνει ακριβής επιστήμη. Ως αποτέλεσμα της δουλειάς τους, ο Johnson και η Brooke έγραψαν ένα σημαντικό βιβλίο, που δημοσιεύτηκε το 1962, Planning a Computer System: Project Stretch.
Ο σχεδιασμός ενός υπολογιστή χωρίστηκε σε τρία κλασικά επίπεδα: την ανάπτυξη ενός συστήματος οδηγιών, την ανάπτυξη μιας μικροαρχιτεκτονικής που υλοποιεί αυτό το σύστημα και την ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής συστήματος του μηχανήματος στο σύνολό του. Επιπλέον, ο κλασικός όρος «αρχιτεκτονική υπολογιστών» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στο βιβλίο. Μεθοδολογικά, ήταν ένα ανεκτίμητο έργο, η Βίβλος των σχεδιαστών υλικού και το εγχειρίδιο πολλών γενεών μηχανικών. Οι ιδέες που παρουσιάζονται εκεί έχουν εφαρμοστεί από όλες τις αμερικανικές εταιρείες υπολογιστών.
Ο ακούραστος πρωτοπόρος της κυβερνητικής - ο ήδη αναφερόμενος Kitov (όχι μόνο ένα φαινομενικά καλά διαβασμένο άτομο, όπως ο Berg, που ακολουθούσε συνεχώς τον δυτικό Τύπο, αλλά ένας αληθινός οραματιστής), συνέβαλε στη δημοσίευσή του το 1965 (Designing ultra-fast systems: Stretch Complex· επιμέλεια A.I. Kitov. - M .: Mir, 1965). Το βιβλίο μειώθηκε σε όγκο σχεδόν κατά το ένα τρίτο και, παρά το γεγονός ότι στον εκτεταμένο πρόλογο ο Kitov τόνισε τις κύριες αρχιτεκτονικές, συστημικές, λογικές και λογισμικό αρχές της κατασκευής υπολογιστών, πέρασε σχεδόν απαρατήρητο.
Τέλος, το Stretch έδωσε στον κόσμο κάτι νέο που δεν είχε ακόμη χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία των υπολογιστών - την ιδέα των τυποποιημένων μονάδων, από την οποία αναπτύχθηκε αργότερα ολόκληρη η βιομηχανία εξαρτημάτων σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Κάθε άτομο που πηγαίνει στο κατάστημα για να πάρει μια νέα κάρτα γραφικών NVIDIA και στη συνέχεια τη βάζει στη θέση της παλιάς κάρτας γραφικών ATI και όλα λειτουργούν χωρίς προβλήματα θα πρέπει αυτή τη στιγμή να ευχαριστήσει ψυχικά τον Johnson και τον Brook. Αυτοί οι άνθρωποι επινόησαν κάτι πιο επαναστατικό (και λιγότερο αξιοσημείωτο, και εκτίμησαν αμέσως, για παράδειγμα, οι προγραμματιστές στην ΕΣΣΔ δεν το έδωσαν καν προσοχή!), Από τον μεταφορέα και το DMA.
Επινόησαν τυπικές συμβατές σανίδες.
SMS
Όπως έχουμε ήδη πει, το έργο Stretch ήταν απαράμιλλο σε πολυπλοκότητα. Το γιγάντιο μηχάνημα θα ήταν φτιαγμένο από πάνω από 170 τρανζίστορ, εκτός από εκατοντάδες χιλιάδες άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Όλα αυτά έπρεπε να τοποθετηθούν με κάποιο τρόπο (θυμηθείτε πώς ο Yuditsky ειρήνευσε τις απείθαρχες τεράστιες σανίδες, σπάζοντας τις σε ξεχωριστές στοιχειώδεις συσκευές - δυστυχώς, αυτή η πρακτική δεν έγινε κοινή για την ΕΣΣΔ), διορθώθηκε και στη συνέχεια υποστηρίχθηκε, αντικαθιστώντας ελαττωματικά μέρη. Ως αποτέλεσμα, οι προγραμματιστές πρότειναν μια ιδέα που είναι προφανής από το ύψος της τρέχουσας εμπειρίας μας - πρώτα αναπτύξτε ξεχωριστά μικρά μπλοκ, εφαρμόστε τα σε τυπικούς χάρτες και στη συνέχεια συναρμολογήστε ένα αυτοκίνητο από χάρτες.
Έτσι γεννήθηκε το SMS - Standard Modular System, το οποίο χρησιμοποιήθηκε παντού μετά το Stretch.
Περιλάμβανε δύο στοιχεία. Το πρώτο ήταν, στην πραγματικότητα, η ίδια η πλακέτα με βασικά στοιχεία μεγέθους 2,5x4,5 ιντσών με επίχρυσο σύνδεσμο 16 ακίδων. Υπήρχαν σανίδες μονής και διπλού πλάτους. Η δεύτερη ήταν μια τυπική βάση καρτών, με λάστιχα στημένα πίσω.
Ορισμένοι τύποι καρτών θα μπορούσαν να διαμορφωθούν χρησιμοποιώντας ένα ειδικό βραχυκυκλωτήρα (όπως ακριβώς συντονίζονται οι μητρικές πλακέτες τώρα). Αυτή η δυνατότητα είχε σκοπό να μειώσει τον αριθμό των καρτών που έπρεπε να φέρει ένας μηχανικός. Ωστόσο, ο αριθμός των καρτών ξεπέρασε σύντομα τις 2500 λόγω της εφαρμογής πολλών ψηφιακών λογικών οικογενειών (ECL, RTL, DTL κ.λπ.), καθώς και αναλογικών κυκλωμάτων για διάφορα συστήματα. Ωστόσο, τα SMS έκαναν τη δουλειά τους.
Χρησιμοποιήθηκαν σε όλες τις μηχανές IBM δεύτερης γενιάς και σε πολυάριθμα περιφερειακά μηχανών τρίτης γενιάς, και χρησίμευσαν επίσης ως πρωτότυπο για τις πιο προηγμένες μονάδες S/360 SLT. Αυτό το «μυστικό» όπλο, στο οποίο όμως κανείς στην ΕΣΣΔ δεν έδινε ιδιαίτερη σημασία, επέτρεψε στην IBM να αυξήσει την παραγωγή των μηχανών της σε δεκάδες χιλιάδες το χρόνο, όπως αναφέραμε στο προηγούμενο άρθρο.
Αυτή η τεχνολογία δανείστηκε από όλους τους συμμετέχοντες στον αμερικανικό αγώνα υπολογιστών - από τον Sperry μέχρι τον Burroughs. Οι συνολικοί όγκοι παραγωγής τους δεν μπορούσαν να συγκριθούν με τους πατέρες της IBM, αλλά αυτό κατέστησε δυνατό την περίοδο από το 1953 έως το 1963 απλώς να γεμίσει όχι μόνο την αμερικανική, αλλά και τη διεθνή αγορά με υπολογιστές δικής τους σχεδίασης, κυριολεκτικά νοκ άουτ όλοι οι τοπικοί κατασκευαστές από εκεί - από την Bull μέχρι την Olivetti. Τίποτα δεν εμπόδισε την ΕΣΣΔ να κάνει το ίδιο, τουλάχιστον με τις χώρες της CMEA, αλλά, δυστυχώς, πριν από τη σειρά της ΕΕ, η ιδέα ενός προτύπου δεν επισκέφτηκε τους επικεφαλής του κρατικού σχεδιασμού μας.
Έννοια συμπαγούς συσκευασίας
Ο δεύτερος πυλώνας μετά την τυποποίηση (που έπαιξε χιλιάδες φορές στη μετάβαση στα ολοκληρωμένα κυκλώματα και είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη των λεγόμενων βιβλιοθηκών τυπικών λογικών στοιχείων, που χρησιμοποιούνται χωρίς μεγάλη αλλαγή από τη δεκαετία του 1960 έως σήμερα!) Ήταν η έννοια του συμπαγούς συσκευασία, η οποία είχε σκεφτεί ακόμη και πριν από τα ολοκληρωμένα κυκλώματα.κυκλώματα και ακόμη και στα τρανζίστορ.
Ο πόλεμος της μικρογραφίας μπορεί να χωριστεί σε 4 φάσεις. Το πρώτο είναι το προ-τρανζίστορ, όταν οι λαμπτήρες προσπάθησαν να τυποποιηθούν και να μειωθούν. Το δεύτερο είναι η εμφάνιση και η εισαγωγή πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων με επιφανειακή τοποθέτηση. Το τρίτο είναι η αναζήτηση του πιο συμπαγούς πακέτου τρανζίστορ, μικρομονάδων, κυκλωμάτων λεπτής μεμβράνης και υβριδικών - γενικά, οι άμεσοι πρόγονοι των IC. Και τέλος, το τέταρτο - η ίδια η IP. Όλα αυτά τα μονοπάτια (με εξαίρεση τη σμίκρυνση των λαμπτήρων) της ΕΣΣΔ πέρασαν παράλληλα με τις ΗΠΑ.
Η πρώτη συνδυασμένη ηλεκτρονική συσκευή ήταν ένα είδος «ενσωματωμένου λαμπτήρα» Loewe 3NF, που αναπτύχθηκε από τη γερμανική εταιρεία Loewe-Audion GmbH το 1926. Το όνειρο αυτού του ανεμιστήρα θερμού σωλήνα αποτελούνταν από τρεις βαλβίδες τριόδου σε μια γυάλινη θήκη, μαζί με τους δύο πυκνωτές και τέσσερις αντιστάσεις που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός πλήρους ραδιοφωνικού δέκτη. Οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές σφραγίστηκαν στους δικούς τους γυάλινους σωλήνες για να αποφευχθεί η μόλυνση του κενού. Στην πραγματικότητα, ήταν ένας «δέκτης-στη-λάμπα», σαν το σύγχρονο σύστημα-σε-τσιπ! Το μόνο πράγμα που έπρεπε να αγοραστεί για τη δημιουργία ενός ραδιοφώνου ήταν ένα πηνίο και ένας πυκνωτής συντονισμού και ένα μεγάφωνο.
Ωστόσο, αυτό το θαύμα της τεχνολογίας δεν δημιουργήθηκε για να εγκαινιάσει την εποχή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μερικές δεκαετίες νωρίτερα, αλλά για να αποφύγει τους γερμανικούς φόρους που επιβάλλονται σε κάθε πρίζα λαμπτήρων (ο φόρος πολυτελείας της Δημοκρατίας της Βαϊμάρης). Υπήρχε μόνο ένας σύνδεσμος στους δέκτες Loewe, ο οποίος έδινε στους ιδιοκτήτες τους όχι αδύναμες νομισματικές προτιμήσεις. Η ιδέα αναπτύχθηκε στη γραμμή 2NF (δύο τετρόδους συν παθητικά στοιχεία) και στο τερατώδες WG38 (δύο πεντόδες, τρίοδα και παθητικά εξαρτήματα).
Γενικά, οι σωλήνες είχαν τεράστιες δυνατότητες ενσωμάτωσης (αν και το κόστος και η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού αυξήθηκαν υπερβολικά), το αποκορύφωμα τέτοιων τεχνολογιών ήταν το RCA Selectron. Αυτή η τερατώδης λάμπα αναπτύχθηκε υπό την ηγεσία του Jan Aleksander Rajchman, με το παρατσούκλι Mr. Memory για τη δημιουργία 6 τύπων μνήμης RAM από ημιαγωγική έως ολογραφική.
Τζον φον Νεουμάν
Μετά την κατασκευή του ENIAC, ο John von Neumann πήγε στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών (IAS), όπου ήταν πρόθυμος να συνεχίσει να εργάζεται σε μια νέα σημαντική (πίστευε ότι οι υπολογιστές ήταν πιο σημαντικοί από τις ατομικές βόμβες για την ήττα της ΕΣΣΔ) επιστημονική κατεύθυνση - Υπολογιστές. Σύμφωνα με την ιδέα του von Neumann, η αρχιτεκτονική που σχεδίασε (αργότερα ονομάστηκε von Neumann) επρόκειτο να γίνει σημείο αναφοράς για το σχεδιασμό μηχανών σε όλα τα πανεπιστήμια και τα ερευνητικά κέντρα των ΗΠΑ (αυτό είναι εν μέρει αυτό που συνέβη, παρεμπιπτόντως) - και πάλι η λαχτάρα για ενοποίηση και απλοποίηση!
Για τη μηχανή IAS, ο von Neumann χρειαζόταν μνήμη. Και η RCA, ο κορυφαίος κατασκευαστής όλων των οργάνων κενού στις ΗΠΑ εκείνη την εποχή, προσφέρθηκε γενναιόδωρα να τα χορηγήσει με σωλήνες Williams. Η ελπίδα ήταν ότι με τη συμπερίληψή τους στην τυπική αρχιτεκτονική, ο von Neumann θα βοηθούσε στη διάδοσή τους ως πρότυπο RAM, κάτι που θα απέφερε τεράστια κέρδη στην RCA στο μέλλον. Το έργο IAS περιελάμβανε 40 kbit RAM, οι χορηγοί από την RCA στεναχωρήθηκαν λίγο από τέτοιες ορέξεις και ζήτησαν από το τμήμα του Reichmann να μειώσει τον αριθμό των σωλήνων.
Ο Raikhman, με τη βοήθεια του Ρώσου μετανάστη Igor Grozdov (γενικά, πολλοί Ρώσοι εργάστηκαν στο RCA, συμπεριλαμβανομένου του διάσημου Zworykin, και ο ίδιος ο Πρόεδρος David Sarnov ήταν Εβραίος από τη Λευκορωσία - μετανάστης) γέννησε μια απολύτως εκπληκτική λύση - το στέμμα του κενού ενσωματωμένη τεχνολογία, η RCA SB256 Selectron λάμπα RAM για 4 kbit! Ωστόσο, η τεχνολογία αποδείχθηκε τρελά περίπλοκη και ακριβή, ακόμη και οι σειριακές λάμπες κοστίζουν περίπου 500 $ το τεμάχιο, η βάση, γενικά, ήταν ένα τέρας με 31 επαφές. Ως αποτέλεσμα, το έργο δεν βρήκε αγοραστή λόγω καθυστερήσεων με τη σειρά - υπήρχε ήδη μια μνήμη φερρίτη στη μύτη.
Έργο Tinkertoy
Πολλοί κατασκευαστές υπολογιστών έχουν κάνει συνειδητές προσπάθειες να βελτιώσουν την αρχιτεκτονική (τοπολογία, δεν μπορείτε να πείτε ακόμα εδώ) των μονάδων λαμπτήρων, προκειμένου να αυξήσουν τη συμπαγή τους μορφή και την ευκολία αντικατάστασής τους.
Η πιο επιτυχημένη προσπάθεια ήταν η σειρά τυπικών μπλοκ λαμπτήρων IBM 70xx. Το αποκορύφωμα της μικρογραφίας των λαμπτήρων ήταν η πρώτη γενιά του προγράμματος Project Tinkertoy, που πήρε το όνομά του από τον δημοφιλή παιδικό σχεδιαστή της δεκαετίας 1910-1940.
Δεν πάνε όλα ομαλά για τους Αμερικανούς, ειδικά όταν η κυβέρνηση μπαίνει σε συμβόλαια. Το 1950, το Γραφείο Αεροναυτικής του Πολεμικού Ναυτικού ανέθεσε στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων (NBS) να αναπτύξει ένα ολοκληρωμένο σύστημα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή και παραγωγής καθολικών αρθρωτών ηλεκτρονικών συσκευών. Κατ 'αρχήν, τότε ήταν δικαιολογημένο, αφού κανείς δεν ήξερε ακόμα πού θα οδηγούσε το τρανζίστορ και πώς να το χρησιμοποιήσει σωστά.
Η NBS άντλησε πάνω από 4,7 εκατομμύρια δολάρια στην ανάπτυξη (περίπου 60 εκατομμύρια δολάρια με τα σημερινά πρότυπα), ενθουσιώδη άρθρα δημοσιεύτηκαν στο τεύχος Ιουνίου 1954 του Popular Mechanics και στο τεύχος Μαΐου 1955 του Popular Electronics and ... Το έργο ξεφούσκωσε, αφήνοντας πίσω μόνο μερικές τεχνολογίες sputtering, και μια σειρά από σημαδούρες ραντάρ από τη δεκαετία του 1950 που κατασκευάστηκαν από αυτά τα εξαρτήματα.
Τι συνέβη?
Η ιδέα ήταν καταπληκτική - να φέρει επανάσταση στον αυτοματισμό παραγωγής και να μετατρέψει μεγάλα μπλοκ a la IBM 701 σε συμπαγείς και ευέλικτες μονάδες. Το μόνο πρόβλημα ήταν ότι το όλο έργο σχεδιάστηκε για σωλήνες και μέχρι να ολοκληρωθεί, το τρανζίστορ είχε ήδη ξεκινήσει το νικητήριο πέλμα του. Όχι μόνο στην ΕΣΣΔ ήξερε πώς να αργήσει - το έργο Tinkertoy απορρόφησε τεράστια ποσά και αποδείχθηκε εντελώς άχρηστο.
Πρότυπες σανίδες
Η δεύτερη προσέγγιση στη συσκευασία ήταν η βελτιστοποίηση της τοποθέτησης τρανζίστορ και άλλων διακριτών εξαρτημάτων σε τυπικές σανίδες.
Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1940, ο μόνος τρόπος για να επισκευαστούν εξαρτήματα (παρεμπιπτόντως, κατάλληλα για ηλεκτρονικά ισχύος και χρησιμοποιούνται ως τέτοια τώρα) ήταν η κατασκευή από σημείο σε σημείο. Αυτό το σύστημα δεν ήταν αυτοματοποιημένο και όχι πολύ αξιόπιστο.
Ο Αυστριακός μηχανικός Paul Eisler εφηύρε την πλακέτα κυκλώματος για το ραδιόφωνό του ενώ εργαζόταν στη Βρετανία το 1936. Το 1941, πολυστρωματικές πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων χρησιμοποιούνταν ήδη σε γερμανικά μαγνητικά ναυτικά ορυχεία. Η τεχνολογία έφτασε στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1943 και χρησιμοποιήθηκε στις ασφάλειες ραδιοφώνου Mk53. Τα PCB έγιναν διαθέσιμα για εμπορική χρήση το 1948 και οι αυτοματοποιημένες διαδικασίες συναρμολόγησης (επειδή τα εξαρτήματα ήταν ακόμα συνδεδεμένα σε αυτά) εμφανίστηκαν μόλις το 1956 (αναπτύχθηκε από το Σώμα Σημάτων Στρατού των ΗΠΑ).
Παρόμοια δουλειά, παρεμπιπτόντως, την ίδια περίοδο στη Βρετανία έκανε ο ήδη αναφερόμενος Τζέφρι Ντάμερ, ο πατέρας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η κυβέρνηση δέχτηκε τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων της, αλλά τα μικροκυκλώματα, όπως θυμόμαστε, κόπηκαν κοντόφθαλμα.
Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1960 και την εφεύρεση των επίπεδων περιβλημάτων και των συνδετήρων πάνελ για μικροκυκλώματα, το αποκορύφωμα της ανάπτυξης των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων στους πρώιμους υπολογιστές ήταν η λεγόμενη woodpile ή cordwood συσκευασία. Εξοικονομεί σημαντικό χώρο και έχει χρησιμοποιηθεί συχνά όπου η σμίκρυνση ήταν κρίσιμη - σε στρατιωτικά προϊόντα ή υπερυπολογιστές.
Στο σχέδιο από κορδόνι, τα αξονικά εξαρτήματα μολύβδου τοποθετήθηκαν μεταξύ δύο παράλληλων σανίδων και είτε συγκολλήθηκαν μεταξύ τους με καλώδια βραχυκυκλωτήρα είτε συνδέθηκαν με λεπτή ταινία νικελίου. Μεταξύ των σανίδων τοποθετήθηκαν μονωτικές κάρτες για να αποφευχθεί το βραχυκύκλωμα και οι διατρήσεις επέτρεψαν στα καλώδια εξαρτημάτων να περάσουν στο επόμενο στρώμα.
Τα μειονεκτήματα του κορδονιού ήταν ότι έπρεπε να χρησιμοποιηθούν ειδικές επινικελωμένες επαφές για την εξασφάλιση αξιόπιστων συγκολλήσεων, η θερμική διαστολή μπορούσε να παραμορφώσει τις σανίδες (κάτι που παρατηρήθηκε σε αρκετές μονάδες του υπολογιστή Apollo) και επιπλέον, αυτό το σχέδιο μείωσε τη δυνατότητα συντήρησης του μονάδα στο επίπεδο ενός σύγχρονου MacBook, αλλά πριν από την εμφάνιση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, το cordwood κατέστησε δυνατή την επίτευξη της υψηλότερης δυνατής πυκνότητας.
Φυσικά, οι ιδέες βελτιστοποίησης δεν τελείωσαν στους πίνακες.
Και οι πρώτες έννοιες της συσκευασίας τρανζίστορ γεννήθηκαν σχεδόν αμέσως μετά την έναρξη της μαζικής παραγωγής τους. Άρθρο BSTJ 31: 3. Μάιος 1952: Παρούσα Κατάσταση Ανάπτυξης Τρανζίστορ. (Morton, JA) περιέγραψε για πρώτη φορά μια μελέτη «της σκοπιμότητας χρήσης τρανζίστορ με τη μορφή μικροσκοπικών συσκευασμένων κυκλωμάτων». Η Bell ανέπτυξε 1752 ολοκληρωμένα πακέτα για τους πρώιμους τύπους M7 της, το καθένα από τα οποία περιείχε μια πλακέτα κυκλώματος ενσωματωμένη σε διαφανές πλαστικό, αλλά τα πράγματα δεν ξεπέρασαν τα πρωτότυπα.
Το 1957, ο στρατός των ΗΠΑ και η NSA ενδιαφέρθηκαν για δεύτερη φορά για την ιδέα και ανέθεσαν στο Sylvania Electronic System να αναπτύξει κάτι σαν μινιατούρες σφραγισμένες μονάδες από κορδόνι για χρήση σε μυστικά στρατιωτικά οχήματα. Το έργο ονομάστηκε FLYBALL 2, αναπτύχθηκαν αρκετές τυπικές ενότητες που περιείχαν στοιχεία NOR, XOR κ.λπ. Δημιουργήθηκαν από τον Maurice I. Crystal, και χρησιμοποιήθηκαν στους κρυπτογραφικούς υπολογιστές HY-2, KY-3, KY-8, KG-13 και KW-7. Το KW-7, για παράδειγμα, αποτελείται από 12 πλακέτες plug-in, καθεμία από τις οποίες μπορεί να φιλοξενήσει έως και 21 μονάδες FLYBALL διατεταγμένες σε 3 σειρές των 7 μονάδων η καθεμία. Οι μονάδες ήταν πολύχρωμες (20 τύποι συνολικά), κάθε χρώμα ήταν υπεύθυνο για τη λειτουργία του.
Παρόμοια μπλοκ με το όνομα Gretag-Bausteinsystem κατασκευάστηκαν από την Gretag AG στο Regensdorf (Ελβετία).
Ακόμη και νωρίτερα, το 1960, παρόμοια μπλοκ Series-1, 40-Series και NORbit κατασκευάστηκαν από τη Philips ως στοιχεία προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών για την αντικατάσταση των ρελέ σε βιομηχανικά συστήματα ελέγχου, η σειρά είχε ακόμη και ένα κύκλωμα χρονοδιακόπτη παρόμοιο με το διάσημο τσιπ 555. Οι μονάδες κατασκευάστηκαν από τη Philips και τα υποκαταστήματά τους Mullard και Valvo (δεν πρέπει να συγχέονται με τη Volvo!) και χρησιμοποιήθηκαν στον αυτοματισμό εργοστασίων μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1970.
Ακόμη και στη Δανία, το μηχάνημα Electrologica X1 το 1958 χρησιμοποιούσε μικροσκοπικές πολύχρωμες μονάδες, τόσο παρόμοιες με τα τουβλάκια Lego που αγαπούσαν οι Δανοί. Στη ΛΔΓ, στο Ινστιτούτο Υπολογιστών στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης, το 1959 ο καθηγητής Lehmann (Nikolaus Joachim Lehmann) κατασκεύασε περίπου 10 μικροσκοπικούς υπολογιστές για τους μαθητές του με τη σήμανση D4a, χρησιμοποίησαν ένα παρόμοιο πακέτο τρανζίστορ.
Οι εργασίες αναζήτησης προχωρούσαν συνεχώς, από τα τέλη του 1940 έως τα τέλη της δεκαετίας του 1950. Το πρόβλημα ήταν ότι κανένα σωματικό κόλπο δεν μπορούσε να ξεπεράσει τη λεγόμενη τυραννία των αριθμών, έναν όρο που εισήγαγε ο Jack Norton, αντιπρόεδρος των Bell Labs στο άρθρο του 1958 "Proceedings of the IRE".
Το πρόβλημα είναι ότι ο αριθμός των διακριτών στοιχείων στον υπολογιστή έχει φτάσει το όριο. Τα μηχανήματα με περισσότερες από 200000 μεμονωμένες μονάδες απλώς αποδείχθηκαν ότι δεν λειτουργούσαν - παρά το γεγονός ότι τα τρανζίστορ, οι αντιστάσεις και οι δίοδοι ήταν ήδη πολύ αξιόπιστα εκείνη τη στιγμή. Ωστόσο, ακόμη και η πιθανότητα αστοχίας στα εκατοστά του τοις εκατό, πολλαπλασιαζόμενη επί εκατοντάδες χιλιάδες εξαρτήματα, έδινε σημαντική πιθανότητα να σπάσει κάτι στον υπολογιστή ανά πάσα στιγμή. Η επιφανειακή τοποθέτηση με κυριολεκτικά χιλιόμετρα καλωδίωσης και εκατομμύρια συγκολλημένες επαφές έκανε τα πράγματα ακόμα χειρότερα. Το IBM 7030 παρέμεινε το όριο της πολυπλοκότητας των καθαρά διακριτών μηχανών, ακόμη και η ιδιοφυΐα του Seymour Cray δεν μπορούσε να κάνει το πολύ πιο περίπλοκο CDC 8600 να λειτουργεί σταθερά.
Η έννοια των υβριδικών κυκλωμάτων
Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, τα Central Radio Laboratories στις ΗΠΑ ανέπτυξαν τη λεγόμενη τεχνολογία παχύ φιλμ - κομμάτια και παθητικά στοιχεία εφαρμόστηκαν σε ένα κεραμικό υπόστρωμα με μια μέθοδο παρόμοια με την κατασκευή πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων και στη συνέχεια συγκολλήθηκαν τρανζίστορ χωρίς συσκευασία στο υπόστρωμα και όλα αυτά σφραγίστηκαν.
Έτσι γεννήθηκε η ιδέα των λεγόμενων υβριδικών μικροκυκλωμάτων.
Το 1954, το Ναυτικό εισέφερε άλλα 5 εκατομμύρια δολάρια στο αποτυχημένο πρόγραμμα Tinkertoy, ενώ ο Στρατός πρόσθεσε 26 εκατομμύρια δολάρια επιπλέον. Η RCA και η Motorola ανέλαβαν την επιχείρηση. Το πρώτο βελτίωσε την ιδέα του CRL, αναπτύσσοντάς το στα λεγόμενα μικροκυκλώματα λεπτής μεμβράνης, το αποτέλεσμα της δουλειάς του δεύτερου ήταν, μεταξύ άλλων, το περίφημο πακέτο TO-3 - πιστεύουμε ότι όποιος έχει δει ποτέ Οποιαδήποτε ηλεκτρονική συσκευή θα αναγνωρίσει αμέσως αυτούς τους βαρείς γύρους με αυτιά. Το 1955, η Motorola κυκλοφόρησε το πρώτο της τρανζίστορ XN10 σε αυτό και η θήκη επιλέχθηκε έτσι ώστε να ταιριάζει στο μίνι πάνελ από το σωλήνα Tinkertoy, εξ ου και ένα τόσο αναγνωρίσιμο σχήμα. Βγήκε επίσης σε ελεύθερη πώληση και χρησιμοποιείται από το 1956 σε ραδιόφωνα αυτοκινήτων, και στη συνέχεια παντού, τέτοιες θήκες χρησιμοποιούνται ακόμα και σήμερα.
Μέχρι το 1960, τα υβρίδια (γενικά, όπως κι αν ονομάζονταν - μικροσυσκευές, μικρομονάδες κ.λπ.) χρησιμοποιήθηκαν σταθερά από τον στρατό των ΗΠΑ στα έργα τους, εκτοπίζοντας τα προηγούμενα αδέξια και βαριά πακέτα τρανζίστορ.
Η καλύτερη ώρα των μικρομονάδων ήρθε ήδη το 1963 - η IBM ανέπτυξε επίσης υβριδικά κυκλώματα για τη σειρά S / 360 (πωλήθηκε σε ένα εκατομμύριο αντίτυπα, ίδρυσε μια οικογένεια συμβατών μηχανών που παράγονται μέχρι σήμερα και έχουν αντιγραφεί (νόμιμα ή όχι) παντού - από την Ιαπωνία μέχρι την ΕΣΣΔ), την οποία ονόμασαν SLT.
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα δεν ήταν πλέον καινοτομία, αλλά η IBM δικαίως φοβόταν για την ποιότητά τους και είχε συνηθίσει να κρατά έναν πλήρη κύκλο παραγωγής στα χέρια της. Το στοίχημα δικαιώθηκε, το mainframe όχι μόνο είχε επιτυχία, ήταν θρυλικό, όπως το IBM PC, και έκανε την ίδια επανάσταση.
Όπως είναι φυσικό, σε μεταγενέστερα μοντέλα, όπως το S/370, η εταιρεία έχει ήδη μεταβεί σε ολοκληρωμένα μικροκυκλώματα, ωστόσο, στα ίδια επώνυμα κουτιά αλουμινίου. Τα SLT ήταν μια πολύ μεγαλύτερη και φθηνότερη προσαρμογή των μικροσκοπικών υβριδικών μονάδων (μόνο 7,62 x 7,62 mm σε μέγεθος) που είχαν αναπτύξει το 1961 για την IBM LVDC (τον ενσωματωμένο υπολογιστή MBR, καθώς και το πρόγραμμα Gemini). Τι είναι αστείο - τα υβριδικά κυκλώματα λειτούργησαν εκεί σε συνδυασμό με τα ήδη ολοκληρωμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα TI SN3xx.
Ωστόσο, το φλερτ με την τεχνολογία λεπτής μεμβράνης, τα μη τυποποιημένα πακέτα μικροτρανζίστορ και άλλα πράγματα ήταν αρχικά ένα αδιέξοδο - ένα ημίμετρο που δεν επέτρεψε τη μετάβαση σε ένα νέο επίπεδο ποιότητας, κάνοντας μια πραγματική ανακάλυψη.
Και η σημαντική ανακάλυψη υποτίθεται ότι ήταν μια ριζική, κατά τάξεις μεγέθους, μείωση του αριθμού των διακριτών στοιχείων και των συνδέσεων σε έναν υπολογιστή. Αυτό που χρειαζόταν δεν ήταν πονηρές συναρμολογήσεις, αλλά μονολιθικά τυποποιημένα προϊόντα που αντικαθιστούν ολόκληρες τοποθετήσεις σανίδων.
Η τελευταία προσπάθεια να συμπιεστεί κάτι από την κλασική τεχνολογία ήταν μια έκκληση στα λεγόμενα λειτουργικά ηλεκτρονικά - μια προσπάθεια ανάπτυξης μονολιθικών συσκευών ημιαγωγών που αντικαθιστούν όχι μόνο διόδους κενού και τριόδους, αλλά και πιο σύνθετους λαμπτήρες - θυρατρόνια και δεκάτρον.
Το 1952, ο Jewell James Ebers των Bell Labs δημιούργησε ένα τρανζίστορ τεσσάρων στρωμάτων "σε στεροειδή" - ένα θυρίστορ, ένα ανάλογο ενός θυράτρου. Ο Σόκλεϊ στο εργαστήριό του από το 1956 άρχισε να εργάζεται για τη λεπτομέρεια στη σειριακή παραγωγή μιας διόδου τεσσάρων επιπέδων - ενός δινίστορ, αλλά η φιλονικία του και η αρχική του παράνοια δεν του επέτρεψαν να ολοκληρώσει τη δουλειά και κατέστρεψαν την ομάδα.
Η εργασία του 1955-1958 με δομές θυρίστορ γερμανίου δεν έφερε αποτελέσματα. Τον Μάρτιο του 1958, η RCA ανακοίνωσε πρόωρα τον καταχωρητή μετατόπισης XNUMX-bit Walmark ως «μια νέα ιδέα στην ηλεκτρονική τεχνολογία», αλλά τα πραγματικά κυκλώματα θυρίστορ γερμανίου ήταν ανεφάρμοστα. Για να καθιερωθεί η μαζική παραγωγή τους, χρειαζόταν ακριβώς το ίδιο επίπεδο μικροηλεκτρονικής με τα μονολιθικά κυκλώματα.
Τα θυρίστορ και τα δινιστόρ βρήκαν την εφαρμογή τους στην τεχνολογία, αλλά όχι στην τεχνολογία των υπολογιστών, αφού τα προβλήματα με την απελευθέρωσή τους επιλύθηκαν με την έλευση της φωτολιθογραφίας.
Αυτή η φωτεινή σκέψη επισκέφτηκε σχεδόν ταυτόχρονα τρεις ανθρώπους στον κόσμο. Ο Άγγλος Jeffrey Dahmer (αλλά η δική του κυβέρνηση τον απογοήτευσε), ο Αμερικανός Jack St. κάτι ανάμεσα στον Ντάμερ και τον Κίλμπι: του επετράπη να δημιουργήσει ένα πολύ επιτυχημένο μικροκύκλωμα, αλλά τελικά δεν ανέπτυξαν αυτήν την κατεύθυνση).
Σχετικά με τον αγώνα για την πρώτη βιομηχανική IP και πώς η ΕΣΣΔ παραλίγο να κατακτήσει την προτεραιότητα σε αυτόν τον τομέα, θα μιλήσουμε την επόμενη φορά.
- Αλεξέι Ερεμένκο
- https://www.ibm.com/, http://www.lichtbildwerkstatt.net/, https://www.cryptomuseum.com, https://1500py470.livejournal.com/, https://computerhistory.org/, https://cds.cern.ch, https://www.worthpoint.com/, https://en.wikipedia.org
πληροφορίες