В XXI веке компьютерные технологии стали вполне привычным явлением. Мощнейшие машины, способные выполнять миллионы вычислительных операций за мгновение, на деле уже оказываются обыденной игрушкой. Сегодня на слуху у всего мира производители из США, Японии, Южной Кореи, Тайваня, Китая, но только не из России. Наша страна сейчас скорее считается аутсайдером в данной гонке, и это при том, что многие соотечественники не только оказали существенное влияние на развитие технологий, но и способствовали прорывам в данной области.
«А помнишь, как все начиналось...»
Вся история персональных компьютеров начинается с создания монструозных по виду вычислительных машин, которые занимали большие площади, но при этом их производительность по нынешним меркам была смехотворной. Даже самая простая детская электронная игрушка будет умнее, чем первые компьютеры, однако не будь последних, сегодня не существовало бы и самого понятия «компьютерные технологии».
Первая электронно-вычислительная машина (ЭВМ), созданная в СССР, была не более чем арифметическим устройством. Называлась она МЭСМ (Малая электронная счетная машина) и создавалась как предварительная модель Большой ЭСМ. Разработка велась с 1948 по 1950 годы исследовательской лабораторией С. А. Лебедева на базе Киевского института электротехники АН УССР.
МЭСМ стала первой ЭВМ в СССР и Европе, которая основывалась на вакуумных лампах (около 6000 штук), но не первой в мире. Однако стоит отметить, что разработанный в 1943 году в США ЭНИАК остался в памяти как доказательство возможности создания электронных вычислительных машин, но его инженерные решения больше не использовались в последующих конструкциях компьютеров. Да и тот факт, что советские ученые не ведали о ведущихся в США разработках, делает МЭСМ уникальной.
Лебедевым же была создана генеральная блок-схема машины, которая содержала основные ее устройства: арифметическое (основывалось на триггерных ячейках), запоминающее, управляющее и ввода-вывода данных. К машине подключались также внешние устройства для подготовки и расшифровки информации с перфокарт и перфолент. Эта простая схема и по сей день является основной для всех компьютеров, но с учетом развития технологий, конечно, — просто новые элементы приходят на замену старым, но суть не меняется.
Первая отечественная ЭВМ имела тактовую частоту всего в 5 кГц и выполняла примерно 3000 операций в секунду. Для сравнения, показатели китайского суперкомпьютера Tianhe-2 составляют около 34 петафлопс, что равно 34 трлн операций/с. Нынешние ПК и смартфоны могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду в зависимости от количества ядер. Но именно МЭСМ (а затем и БЭСМ) является прародителем всех современных компьютеров.
Первые ласточки
Первые советские персональные компьютеры не были похожи на современные аналоги. С начала 70-х годов, когда технологии стали позволять только задумываться о подобной перспективе, никто банально не знал, каким же может быть личный компьютер. Для того чтобы собрать хотя бы подобие ЭВМ, требовались существенные знания в ряде областей, связанных с этим делом — углубленное понимание радиоэлектроники, умение программирования на машинном языке, а также недюжинная фантазия, ведь приходилось выдумывать то, чего раньше не существовало.
А первым толчком к этому послужила удивительная случайность: посылка от НПО «Кристалл» с комплектом микропроцессоров К580ИК80 и К580ИК55 попала в МИЭМ (Московский институт электронного машиностроения) вместо своего адресата ИНЭУМ (Институт электронных управляющих машин). Результатом такой оплошности стало создание первого сборного персонального компьютера «Микро-80».
Сегодня сложно представить, с какими трудностями столкнулись изобретатели этого аппарата. Его конструкция собиралась из всех доступных деталей, лишь бы они обладали нужными характеристиками, а какие не обладали — переделывались. Так, используемое ППЗУ (программируемое ПЗУ) было ультрафиолетового типа, и для стирания записанной в него информации использовалась обычная ультрафиолетовая лампа для загара венгерского производства, которая оказалась у кого-то из персонала института. Позже она была заменена на обычный косметический прибор для оздоровительного облучения лица.
«Микро-80» создавался «на коленке» практически в буквальном смысле, и до логического завершения работа была доведена лишь в 1980 году, о чем и свидетельствует числовое значение модели. Итоговый результат был таковым:
■ основа в виде процессора К580ИК80А (или КР580ВМ80А, аналога знаменитого в то время процессора Intel i8080), который позволил иметь 64 кбайт ОЗУ и 2 кбайт ПЗУ;
■ устройство ввода — клавиатура;
■ устройство вывода — обыкновенный бытовой телевизор, который изначально не был приспособлен для подобного, а потому требовалось вносить в его схему дополнительные детали с выходом для подключения к ЭВМ;
■ внешнее запоминающее устройство — бытовой кассетный магнитофон вместо использовавшихся на первых порах устройств для перфолент.
Около 200 взаимосвязанных микросхем требовалось для работы первого советского ПК, они были объединены в несколько модулей. Следовательно, и речи не шло о внешней форме, модули укладывались в те емкости, которые могли этому послужить. Например, один из собранных экземпляров был размещен в удобном корпусе для кино-зального усилителя.
Имея на руках готовый продукт, изобретатели стали с воодушевлением показывать его во всех доступных организациях, но особую надежду возлагали на Министерство радиопромышленности СССР, контролировавшее выпуск вычислительной техники по всей стране. Однако там отвергли эти начинания, указав на то, что подобная разработка совершенно бесперспективна, так как ЭВМ не могут быть персональными по определению.
С самого момента появления персональных компьютеров советская промышленность пыталась угнаться за заметно развивающейся американской техникой, что способствовало появлению клонов уже разработанных за океаном ПК. А в конце 80-х годов Министерство электронной промышленности СССР поставило жирную точку на развитии отечественной электроники, приняв решение «советизации» американской техники. В итоге все заводы и научно-производственные объединения повторяли западные аналоги, пожертвовав при этом собственными разработками, что тут же обрекло СССР на отстававние. И это в то время как отечественные разработки не только не отставали от зарубежных, но и часто опережали их.
Но вернемся к судьбе «Микро-80». По иронии судьбы в редакции журнала «Радио», куда пришли изобретатели аппарата, была нехватка публикаций на тему микропроцессоров. А предложенные разработчиками материалы позволили не только закрыть годовой план, но и вызвали среди радиолюбителей небывалый ажиотаж, даже несмотря на трудности по сборке «Микро-80» из-за дефицита нужных деталей и сложность в последующей наладке. Правда, вскоре читатели стали просить значительно упростить схему ПК.
Для упрощения понадобилось около шести лет, и представленная в том же журнале «Радио» схема обновленного компьютера «Радио-86РК» (РК — радиолюбительский компьютер) радовала малым количеством деталей (всего 29 микросхем) и относительной легкостью сборки. Радиолюбителю необходимо было приобрести комплекты нужных деталей, которые монтировались на две печатные платы, самостоятельно изготовить корпус компьютера, блок питания, клавиатуру, прошить ПЗУ при помощи программатора и напоследок переоборудовать имеющийся в наличии телевизор, дополнив его специальным модулем. Однако такая схема считалась невероятно простой, что и послужило причиной большой популярности этого сборного ПК. На его основе стали появляться многочисленные клоны, причем серийного производства, а не кустарно-домашнего.
Занятно выглядит история достаточно популярного в конце 80-х годов восьмиразрядного микрокомпьютера «Микроша», который был одним из первых ПК бытового назначения. Первоначально «Микроша» был задуман как усовершенствованный «Микро-80». Было принято решение по созданию простого компьютера для школьного обучения, отсюда и название — производное от «Микрокомпьютер ШколА». Однако редакция журнала «Радио» настояла на своем названии. Создатели же не переставали лелеять мечту о серийном выпуске своего детища, а потому обратились к руководству Лианозовского электромеханического завода (ЛЭМЗ), которое увидело в данной разработке перспективу.
Получившийся компьютер хоть и был основан на «Радио-86РК», но существенно от него отличался по своим возможностям. Не требовалось озадачиваться поиском нужных микросхем и деталей, достаточно было подключить клавиатуру через модулятор к телевизору через обычный антенный вход и устройство ввода — магнитофон, посредством которого можно было загружать различные программы: редактор и ассемблер, BASIC, графическую программу, игры. Редактор текстов для «Микроши» позволял использовать кроме латиницы и кириллицу, чего не было раньше.
Кроме «Микроши» были выпущены и другие ПК на основе «Радио-86РК»: «Альфа БК», «Партнер 01.01», «Спектр-001», «Апогей БК-01», «Киста» и другие. Компьютеры серии «Электроника КР-01/02/03/04» выпускались в виде конструктора для самостоятельной сборки.
Серийное производство
В 1984 году был налажен выпуск первого в Советском Союзе серийного универсального восьмиразрядного персонального компьютера под названием «Агат». Однако он не был самостоятельной разработкой, а имел основу в виде уже завоевавшего на то время на Западе небывалую популярность компьютера Apple II. И это при том, что годом ранее отечественным разработчикам было отказано в производстве домашних ПК. Однако стоит признать, что выпущенный на рынок США еще в 1977 году Apple II значительно опережал по возможностям «Микро-80», а потому в серийное производство выходила уже опробованная опытным путем модель ПК.
«Агату» удалось занять свою нишу на рынке, да настолько, что его выпуск продолжался до 1994 года включительно, а использование в школах — до 2001-го. Впрочем, стоит признать, что такая популярность была в большей мере искусственной и исходила не от покупателей, а от государства, которое определило для первого советского ПК конкретное место в сфере образования. В итоге все производимые на шести заводах компьютеры приобретались Министерством просвещения. Определенно можно утверждать, что такой способ распространения был наилучшим выходом, если принимать во внимание баснословную цену ПК — 4000 руб. Для сравнения, компьютер ручной сборки обходился в десять раз дешевле.
Несмотря на заимствование, «Агат» отличался от Apple II в своей основе, что делало невозможным исполнение на нем программ последнего — необходимо было разрабатывать их специально. Различия касались как технического оснащения, так и графических возможностей. Например, американский компьютер имел лишь один текстовый режим и два графических, в то время как «Агат» — два текстовых и три графических. В целом процесс совершенствования компьютера (а было выпущено три поколения — 4, 7 и 9) больше походил на анализ достижений в новых моделях Apple II и последующую практику внедрения более современных технологий.
Однако стоит признать, что «Агат» благодаря расширению своих возможностей методом подключения дополнительных плат и модулей позволял существенно разнообразить работу с ним. Так, модуль локальной сети позволял объединить до 127 «Агатов» седьмого и девятого поколений, а модем АМ1200 давал возможность подключаться к другим ПК и обмениваться с ними текстовыми сообщениями. Музыкальный комплекс включал музыкальную клавиатуру, синтезатор на семь каналов, MIDI-адаптер и акустический ввод, в комплекте шли программы для игрового процесса и создания текстовых партитур. К «Агату» можно было подключать манипулятор-мышь или световое перо. Даже существовал комплекс ввода изображений с телекамеры с последующей возможностью их обработки. Ввиду роста популярности игровых приставок «Агат» также снабжался набором игр и двумя джойстиками.
Атака клонов. ZX Spectrum
«Агат» был первым, но не последним компьютером, который разрабатывался с оглядкой на зарубежные технологии. Может быть, кто-то помнит их в школьных кабинетах информатики? Часть из них всегда была сломанной. А появился «Агат» благодаря тому, что в 80-е годы Европу завоевал восьмиразрядный домашний компьютер ZX Spectrum британского производства на основе знаменитого микропроцессора Z80. Он являлся усовершенствованной моделью уже знакомого нам микропроцессора Intel 8080. Кроме улучшенных характеристик «сердца» компьютера, он мог похвастаться и новаторским подходом в расположении всей схемы, умещавшейся на базовом матричном кристалле (БМК или ULA). Так как в СССР подобные чипы не изготовлялись, а приобретать их за границей возможности не было, то разработчикам приходилось выуживать информацию буквально отовсюду.
Выпущенный в 1982 году ZX Spectrum стал одним из самых успешных ПК того времени, чему способствовали низкая стоимость и легкость в освоении. Так как приобрести его в Союзе не было возможности, то разработчики, пожелавшие воспроизвести популярный агрегат, проявляли чудеса смекалки.
В 1984 году работник ОКБ Львовского политехнического института Юрий Довбуш сумел разобрать имеющийся у него тот самый чипсет ULA на составные части, которые были бы доступны в Союзе для последующей сборки аналога. На следующий год, одолжив у студентов из ГДР экземпляр оригинального ZX Spectrum, Довбуш произвел снятие с него осциллограмм. На основе полученной информации и имеющейся схемы оригинального «Спектрума» была разработана своя интегральная схема с аналогичными параметрами.
В ходе работы прибегали даже к самым необычным способам, но игра стоила свеч, и полученная схема стала наиболее значимой для всех клонов «Спектрума» в дальнейшем. Она путешествовала по стране, постоянно совершенствуясь.
Вскоре появилось безразмерное множество клонов «Спектрума», выпускаемых как серийно, так и вследствие ручной сборки — всего более 60 моделей.
■ «Хоббит» — был основан на «Спектруме» и имел полную совместимость с оригиналом. Одна из особенностей — интегрированный в чип BASIC.
■ «Пентагон» — свободное распространение всей техдокументации о компьютере и простота его сборки способствовали его успеху и в странах ближнего зарубежья. Допускалось подключение нескольких периферийных устройств, в том числе и мыши, принтера, контроллера IDE, игровых джойстиков.
■ «Нафаня» — оригинальная конструкция в виде небольшого чемоданчика, где помещался сам корпус, блок питания и джойстик, позволяла легко переносить ПК. В компьютере использовалось всего 17 микросхем.
■ «Ленинград» — наиболее известный и массовый клон, который был практически идентичен оригиналу и имел с ним полную совместимость. Отличался наличием качественного компаратора считывания магнитной ленты, но при этом имел неправильную адресацию портов и сложность в расширении.
16-разрядные ПК
Семейство компьютеров «БК» (бытовой компьютер) выделялось на общем фоне главным образом потому, что было одной из немногих оригинальных разработок, а не копией западных образцов. Серийное производство было налажено в 1985 году, и от конкурентов «БК» отличало наличие 16-разрядной системы, а также всего один цветной режим, который поддерживал не более четырех цветов, и отсутствие текстового режима — все символы рисовались точками. В целом система хоть и была частично совместима по системе команд и архитектуре с СМ ЭВМ, PDP-11 и ДВК, однако сходства было не так уж и много.
Модели «БК» различных лет выпуска имели такое программное обеспечение: ОС БК-11, языки программирования «Т-язык», «Фокал», BASIC, «Форт», «Си», язык поставки RT-11, ассемблеры, дизассемблеры и отладчики, текстовые, графические и музыкальные редакторы, учебные программы, словари и справочники, программы для печати на матричных принтерах, для инженерных расчетов и огромную коллекцию (более 800 наименований) игр, которые преимущественно были копией известных приставочных.
16-разрядный «Поиск», выпуск которого был налажен в 1988 году, частично повторял структуру IBM PC/XT (1983 год). Как и во многих других ПК того времени, устройством вывода для «Поиска» был обычный телевизор, а вот благодаря наличию на корпусе четырех слотов позволялось значительно расширять его функциональность. В частности, была возможность подключения отдельного жесткого диска вместимостью 40 Мбайт. Наличие слотов для картриджей позволяло легко менять конфигурацию компьютера, а также объединять схожие модели в одну сеть, что и делало «Поиск» популярным в качестве ЭВМ для компьютерных школьных классов. С развалом Союза прекратился выпуск и этих ПК.
Новые технологии
Привычный для нас внешний вид советские ПК стали приобретать с появлением клонов стандартизированной структуры IBM PC, где присутствовали клавиатура, монитор и системный блок горизонтального типа со встроенными в него устройствами ввода. Назывались они «ЕС ПЭВМ» — единая система персональных ЭВМ. Первоначально разрабатывались и изготовлялись в ГДР на фабрике Robotron (модели ЕС-1834 и ЕС-1835), но впоследствии производство перенеслось в Беларусь (Минск и Брест).
Отдельно стоит упомянуть и первый советский ноутбук — «Электроника МС 1504». Его серийный выпуск был налажен в 1991 году после пяти лет разработок. К сожалению, и в данном случае СССР уже не мог похвастаться новаторством в области вычислительной техники, так как за основу был взят выпущенный еще в 1986-м Toshiba T1100 Plus. Но стоит отдать должное отечественным разработчикам: они изобретали на основе «японца» свой аналог, который требовал детали только советского производства.
Переносной кейс вмещал в себя клавиатуру, жидкокристаллический экран, поддерживающий 16 цветов и с разрешением 640x200 точек, два флоппи-дисковода на 3,5 дюйма, несколько портов для подключения периферийных устройств. Обеспечивал работу ноутбука центральный процессор КР1834ВМ86, аналог Intel 80C86, который можно было разгонять с 4,77 до 7,16 МГц.
Программируемые калькуляторы
Сейчас это многим будет казаться бессмысленным, однако программируемые калькуляторы не только позволяли производить сложные расчеты, но и были игровыми консолями. Конечно, для того, чтобы игра была интересной, требовалось подключать фантазию. Начиная с 1977 года, когда был выпущен первый карманный программируемый калькулятор «Электроника Б3-21», их популярность начала существенно расти, особенно благодаря наличию клубов по переписке, которые существовали через научные журналы — в них публиковались статьи и программы, создаваемые любителями.
Такие калькуляторы поддерживали режим ручных вычислений и два дополнительных: режим программирования (последовательное внесение команд в память оператора) и режим исполнения (программа выполняется до момента завершения или принудительной остановки). После выполнения программы калькулятор автоматически переходил в свой основной режим.
Наиболее знаменитыми были следующие модели:
■ МК-61 — обычный программируемый калькулятор, вбивать программный код в который нужно было каждый раз, когда возникало желание поиграть.
■ МК-52 — имел собственное ППЗУ, позволяющее сохранять в памяти программы, а также давал возможность подключения отдельного блока с программами математического и игрового характера.
■ МК-90 — имел 16-разрядный процессор, 16 кбайт ОЗУ и 32 кбайт ПЗУ со встроенным интерпретатором BASIC, большой ЖК-дисплей на 120x64 точек и клавиатуру из 61 клавиши. Среди предустановленных игр был знаменитый «Тетрис». Выпускался с 1988 по 1992 годы.
Такая популярность калькуляторов обуславливалась не только возможностями, но и невысокой ценой, особенно если сравнивать с персональными компьютерами, однако с момента появления клонов ZX Spectrum их эра стала переходить к логическому закату.
The show must go on... ведь так?
С момента развала Союза история советских персональных компьютеров заканчивается. Россия стала правопреемником распавшейся страны, а потому дальнейшие разработки в некотором роде можно приравнять к общей истории. Конечно, особых свершений за последние 20 лет не происходило на этом поле, и приобрести полноценный ПК российского производства, к сожалению, невозможно. А те, которые производятся, основываются на импортных комплектующих. И хотя «забугорные» технологии и опережают отечественные, но это не значит, что все разработки остались в прошлом.
Вообще, это весьма грустный результат для страны, которая стояла у истоков бума компьютерных технологий, а если вспомнить, сколько умов — выходцев из Союза — повлияло на многочисленные прорывы в этой области, то сегодняшнее положение дел выглядит весьма удручающе. Однако не следует смотреть на эту ситуацию совсем уж пессимистично, ведь что такое 20 лет для страны — так, мгновение. Периоды взлетов и падений — это вполне разумеющиеся вещи, чему служат доказательством страны Ближнего Востока, всего за 20 лет превратившиеся из пустынь в поистине цветущие города-сады. Однако для новых свершений нужны предпосылки, воплощенные в конкретных разработках. И у России таковые сегодня имеются.
Главная надежда сегодня возлагается на технологию «Эльбрус», которая берет свое начало еще в 1969 году. Тогда в течение десяти лет создавался многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) «Эльбрус-1», состоящий из десяти процессоров (64 Мбайт ОЗУ, производительность 15 Мфлопс). Через шесть лет в МВК были внесены незначительные изменения, позволившие «разогнать» его до показателя в 125 Мфлопс («Эльбрус-2»), он также предназначался для использования в военной промышленности. Существенным шагом вперед должен был стать «Эльбрус-3», который строился на передовой архитектурной реализации концепции широкого командного слова, но после развала СССР разработка была заморожена.
Дальнейшая судьба развития компьютерных технологий оказалась в руках коллектива ЗАО «МЦСТ», основанного в 1992 году, который, несмотря на тяжелое постперестроечное время, сумел сохранить основное ядро специалистов. За основу была взята архитектура процессоров SPARK, и к 2001 году был создан первый процессор собственной разработки, который назывался R150. Через три года появился чип R500, а в 2007 году — R500S, уже двуядерный. Всего за шесть лет удалось существенно увеличить производительность процессора: со 150 Мфлопс до 1 Гфлопс.
Параллельно велась работа и над возрождением «Эльбруса». Разработка оригинального процессора началась еще в 2000 году, но только с 2007-го, когда были проведены удачные тесты готового изделия, он стал доступен для демонстрации. С того времени началась активная работа по его совершенствованию, и один процессор сменял другой: так, «Эльбрус» (300 МГц, 4,8 Гфлопс) сменил в 2010 году «Эльбрус-S» (500 МГц, 8 Гфлопс), который вскоре уступил место «Эльбрусу-2С+» (500 МГц, 28 Гфлопс).
В 2014 году был представлен новейший 64-разрядный универсальный четырехъядерный микропроцессор «Эльбрус-4С», который уже готов к серийному производству. Он предназначен для использования в ПК, серверах, в сферах с повышенной информационной безопасностью. На данный момент проходят испытания такие вычислительные комплексы (то есть полноценные законченные компьютеры на базе микропроцессора Эльбрус):
■ «Носимый терминал НТ-ЭльбрусS» — обыкновенный ноутбук, но в непривычном для рядового пользователя защитном корпусе, способном выдержать холод (до -10 °С), жару (до +55 °С), повышенную влажность и даже погружение в воду на глубину до 1 м.
■ «Монокуб-PC» — это стандартный домашний ПК, который обладает архитектурой, совместимой с любыми внешними устройствами и внутренними компонентами, в первоначальном варианте имеет 4 Гбайт оперативной памяти и жесткий диск на 500 Гбайт.
■ «ВК Эльбрус-3С» - единый модульный сервер, состоящий из четырех процес-. сорных модулей по четыре процессора в каждом (то есть в сумме 16 процессоров), которые обеспечивают 128 Гбайт оперативной памяти. Это стандартная комплектация, но в зависимости от условий заказчика она может существенно расширяться.
Все упомянутые вычислительные комплексы имеют свою собственную операционную систему «Эльбрус», основанную на базе Linux, но учитывается и совместимость с другими ОС.
А что по поводу сравнения, является ли система «Эльбрус» уникальной или будет вынуждена и дальше оставаться в хвосте технологий? Пока компания-разработчик делает только первые шаги в сторону массового потребителя, но по данным сравнительных оценок с процессорами Intel и AMD «Эльбрус» показывает хорошие результаты. Однако все равно пока серьезно проигрывает в быстродействии ядер — 700 МГц для четырех ядер «Эльбрус-4С» против 3400 МГц для одного ядра Intel Core i7-2600, конечно, сложно сравнивать адекватно.
(с) Петр Давыдов