Страница:
Действительно, терминология еще только формировалась. Первая механическая вычислительная машина Mark I, построенная Говардом Айкеном в 1944 году, официально называлась ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) – т. е. калькулятор, а не компьютер. Название знаменитого ENIAC (первая электронная вычислительная машина, построенная в США в 1946 году) было аббревиатурой слов Electronic Numerical Integrator and Computer. Первая в Европе электронная вычислительная машина, построенная в Англии в 1949 году, называлась EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). А вот великий английский математик Алан Тьюринг свой проект вычислительной машины назвал ACE (Automatic Computing Engine). Слово engine – «устройство, машина» – явно отсылало к знаменитой аналитической машине (analytical engine) его не менее великого соотечественника Чарльза Бэббиджа. Таким образом, слово computer далеко не сразу прижилось даже в США и Англии. Окончательно это произошло только в первой половине 1950-х годов.
Тем не менее, в итоге действительно утвердились наименования, предложенные Джорджем Стибицем.
Например, когда на смену механическим арифмометрам пришли первые электромеханические (в начале 1950-х годов), а затем электронные настольные вычислительные устройства (в начале 1960-х), они также стали называться калькуляторами. Это слово используется и сегодня, хотя нынешние калькуляторы стали уже совершенно иными.
Еще более долгим оказался путь к признанию слова в других странах. В СССР с начала 1950-х годов поначалу утвердилось название электронная счетная машина (об этом напоминают названия первых советских машин – МЭСМ и БЭСМ[1]), однако вскоре ему на смену пришло другое – электронная вычислительная машина (ЭВМ). Калькулятор по-немецки – Rechenmaschine (вычислительная машина). Поэтому для обозначения электронных вычислительных машин в Германии использовали термины Elektronenrechner, Rechenautomat или просто Rechner. Во Франции компьютер долго называли calculateur, а в Италии – calcolatore, причем оба этих слова первоначально обозначали людей, производящих вычисления. И только в последние три десятилетия слово компьютер во всех языках практически вытеснило все синонимы.
Компьютеры: долгий путь к признанию
О том, как архитектура пришла в ЭВМ
Тем не менее, в итоге действительно утвердились наименования, предложенные Джорджем Стибицем.
Например, когда на смену механическим арифмометрам пришли первые электромеханические (в начале 1950-х годов), а затем электронные настольные вычислительные устройства (в начале 1960-х), они также стали называться калькуляторами. Это слово используется и сегодня, хотя нынешние калькуляторы стали уже совершенно иными.
Еще более долгим оказался путь к признанию слова в других странах. В СССР с начала 1950-х годов поначалу утвердилось название электронная счетная машина (об этом напоминают названия первых советских машин – МЭСМ и БЭСМ[1]), однако вскоре ему на смену пришло другое – электронная вычислительная машина (ЭВМ). Калькулятор по-немецки – Rechenmaschine (вычислительная машина). Поэтому для обозначения электронных вычислительных машин в Германии использовали термины Elektronenrechner, Rechenautomat или просто Rechner. Во Франции компьютер долго называли calculateur, а в Италии – calcolatore, причем оба этих слова первоначально обозначали людей, производящих вычисления. И только в последние три десятилетия слово компьютер во всех языках практически вытеснило все синонимы.
Компьютеры: долгий путь к признанию
Сегодня, когда компьютеры окружают нас со всех сторон, очень легко выступать, по выражению Бориса Пастернака, в качестве «пророка, предсказывающего назад», и рассуждать об их выдающейся роли в жизни человеческого общества. На самом деле шестьдесят лет назад, когда появились первые электронные вычислительные машины, мало кто предсказывал им блестящее будущее. Пишущим на компьютерные темы сегодня легко упрекать тех или иных выдающихся людей прошлого в недальновидности, – но ведь, по словам другого поэта, «большое видится на расстояньи»…
Например, в прессе часто цитируют сказанные в конце 1940-х годов слова президента компании IBM Томаса Ватсона-старшего, – о том, что на мировом рынке есть место не более чем для пяти компьютеров. Звучит эта фраза действительно шокирующе. Однако, если разобраться, то окажется, что все обстоит отнюдь не так драматично. Ватсон был гениальным бизнесменом и организатором, за несколько десятилетий превратившим почти разорившуюся фирму в мирового лидера в области производства механических счетно-перфорационных машин и оборудования (табуляторы, перфораторы, сортировщики перфокарт и т. д.). Этот человек обладал феноменальным чутьем на все новое, сулящее успех, и при этом едва ли не лучше любого из современников понимал истинные потребности человечества в вычислительных мощностях. Но в то же время он мыслил вполне прагматично, и в первую очередь учитывал интересы своего дела, а не развития абстрактных научных или технических идей.
Томас Ватсон – основатель компании IBM
В середине 1940-х годов рыночные перспективы электронных компьютеров были в лучшем случае туманными. А компания IBM уже выпускала огромную номенклатуру электромеханических машин и оборудования для автоматизации вычислений. Ломать всю сложившуюся систему разработок и производства, бросаться с головой в омут новых и непроверенных электронных технологий было слишком рискованно. И в то время, когда многие разработчики и фирмы, сделавшие ставку на создание электронных машин, старались выпутаться из паутины технических и финансовых проблем, IBM никуда не спешила: фирма постепенно, шаг за шагом, совершенствовала свои разработки, последовательно заменяя в вычислительных машинах механические узлы и устройства электронными. Архитектура машин совершенствовалась, но идеология обработки данных при этом не менялась, сохранялась преемственность и – самое главное – клиенты компании не теряли привычную для себя среду. И одновременно накапливался серьезный задел на будущее.
Правильность выбранной IBM стратегии обнаружилась достаточно быстро. Когда в начале 1950-х годов в США стал формироваться компьютерный рынок, компания моментально вышла на него с новыми и оригинальными, но при этом уже обкатанными разработками и технологиями. Уже к концу десятилетия компания IBM настолько доминировала на этом рынке, что ее называли «Белоснежкой» – в противоположность «семи гномам» (под этим ироническим названием объединяли семь других компаний – разработчиков компьютеров).
Столь же часто, как Томаса Ватсона, цитируют журналисты и другого человека – знаменитого создателя вычислительной машины Mark I Говарда Айкена. Из одной популярной статьи в другую кочует история о том, как он заявил в 1948 году, что для удовлетворения всех вычислительных потребностей Америке достаточно иметь пять-шесть компьютеров. Эти слова приводят в качестве яркого примера «научной близорукости», свойственной иногда даже самым выдающимся ученым.
В действительности же все опять-таки обстояло не совсем так. Как-то раз на одном из многочисленных в те годы совещаний рассматривалось несколько проектов новых компьютеров. Их архитектуры были достаточно похожи друг на друга, и Айкен высказал сомнение в целесообразности финансирования всех этих разработок. Его мысль заключалась в том, что надо сначала четко понять достоинства и недостатки уже построенных аналогичных машин (а их и было пять-шесть штук), а уже потом расходовать огромные средства на новые.
В словах Айкена, кроме того, был еще один аспект, который сегодня может уловить только историк.
Говард Айкен – создатель Mark I
На самом деле его крайне беспокоил вопрос о том, как подготовить достаточное число квалифицированных программистов, которые смогли бы обеспечить компьютеры постоянной загрузкой. Он видел, что даже в то время, когда реально работали всего лишь две-три вычислительные машины, проблема программирования для них стояла крайне остро. Каждый компьютер обслуживали как минимум десяток людей, писавших программы. Если учесть, что программированием тогда занимались только математики высокой квалификации (которых никогда не бывает много), то озабоченность Айкена, связанная с дальнейшим увеличением числа компьютеров, становится вполне понятной. (Разумеется, надо помнить, что программировали тогда в машинных кодах, и процесс отладки был крайне сложным и длительным. Никто, и Айкен здесь не исключение, не мог предположить, что в недалеком будущем появятся языки программирования высокого уровня и программирование из доступного только избранным искусства превратится в массовую профессию).
Означают ли приведенные выше примеры, что на самом деле никакой недооценки возможностей компьютеров не было изначально, а их значение было сразу осознано? Разумеется, нет. Путь компьютеров к признанию был достаточно труден.
Выдающийся российский математик академик М. А. Лаврентьев в своих воспоминаниях рассказывает о том, какое сопротивление встречала идея автоматизации вычислений. Еще в 1935 году в Москве, в Математическом институте имени В. А. Стеклова, была создана «вычислительная ячейка» (лаборатория), которая выполняла заказы на производство крупных расчетов. В ней работали математики (вычислители), вооруженные карандашом, бумагой и настольными арифмометрами. Постепенно заказов становилось все больше, и к 1947 году из двух комнат секция распространилась на целый этаж и занимала более половины всей площади института. Дальше расти было некуда. И кроме того, масштаб задач стал таким, что люди с ними уже не справлялись.
Казалось бы, появление ЭВМ должно было обрадовать математиков, освобождаемых от рутинной и нудной работы. Однако на самом деле среди них произошел раскол. Большинство считали ЭВМ бесперспективной, сугубо рекламной затеей и предлагали не тратить на нее время и средства, а вместо этого увеличивать производство привычных аналоговых и механических счетных машин. Собственно говоря, знаменитый Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), в котором впоследствии разрабатывались все самые мощные советские суперкомпьютеры, был создан в 1948 году именно для этого. Основными направлениями его деятельности были разработка беспроводных систем управления и моделирование полета стратегических ракет, вычисление баллистических таблиц для средств противовоздушной обороны, а также выполнение различных вычислительных работ по заказу Министерства обороны. Разработка вычислительных машин среди этих задач не значилась.
Словом, первые проекты вычислительных машин советские разработчики пробивали с огромным трудом. Будущий академик С. А Лебедев начал обдумывать устройство цифровой электронной вычислительной машины еще в 1945 году. Спустя некоторое время В. А. Голубцова, ректор МЭИ и жена всесильного члена Политбюро ЦК КПСС Г. М. Маленкова, узнала о работе Лебедева и в беседе с ним пообещала организовать встречу с кем-либо из верхов. Через некоторое время ученый действительно попал на прием к члену ЦК, в ведении которого находилась советская наука.
Лебедев подробно рассказал о том, что такое электронная вычислительная машина, что она сможет делать и во сколько обойдется ее постройка. Больше всего чиновника заинтересовала скорость работы машины. Цифра 1000 операций в секунду произвела на него сильное впечатление. Он долго переваривал это фантастическое сообщение и затем изрек: «Значит, мы за пару месяцев перерешаем на вашей машине все свои задачи, а потом что – на помойку ее выбрасывать?» Возвращаться к разговору было бессмысленно. Вскоре Лебедев уехал из Москвы в Киев, где украинская Академия наук создала ему условия для работы, результатом которой стала первая отечественная ЭВМ – МЭСМ.
Академик С. А. Лебедев – создатель МЭСМ
Аналогичный случай в те же годы произошел еще с одним советским компьютерным пионером. Когда в кабинете большого чиновника от науки им были произнесены те же слова о возможностях электронных вычислительных машин, тот поинтересовался: «Так сколько, вы говорите, будет стоить эта ваша машина и сколько людей она сможет заменить?» Услышав, что стоимость машины может составить не один миллион рублей, чиновник (по совместительству также являвшийся ректором известного московского вуза), произнес: «Когда мне надо что-то посчитать, я сажаю на это дело сотню-другую студентов, и они все рассчитывают. Дешево и сердито».
По воспоминаниям одного из создателей отечественной ЭВМ первого поколения М-1 Б. И. Рамеева, в 1954 году академик М. В. Келдыш так говорил ему о машине Стрела: «Если бы таких ЭВМ выпустить 5–7 штук, то для Советского Союза этого было бы вполне достаточно». Спустя шесть лет в Венгрии группа математиков и инженеров по переданной из СССР документации построила первый венгерский электронный ламповый компьютер M-3. На волне энтузиазма они тут же решили начать работу над новой, более мощной вычислительной машиной, но местная Академия наук этот проект закрыла. По мнению академиков, уже построенная машина М-3 (производительность которой составляла всего лишь 50 операций в секунду!) как минимум на пять лет могла обеспечить все потребности страны – а раз так, то и незачем зря тратить деньги.
Впрочем, похожая ситуация была, например, и в Англии. Вскоре после Второй мировой войны здесь возникло несколько групп энтузиастов, которые вели соответствующие разработки. Не случайно первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC был построен именно в этой стране. Но очень многие научные эксперты сомневались в перспективности этого направления деятельности. Некоторые вообще полагали, что компьютер – это не более чем забавная игрушка для ученых. Правда, находить средства на экспериментальные образцы все-таки удавалось. Однако попытки вывести компьютеры на рынок встречали полное непонимание даже у специалистов.
Один из британских компьютерных пионеров, профессор Дуглас Хартри, в сентябре 1951 года заявил представителям фирмы Ferranti, искавшим покупателя на изготовленную ею вычислительную машину: «Компьютер есть в Кембридже; компьютер есть в Манчестере и еще один в Национальной физической лаборатории. Я думаю, что нужен еще один в Шотландии, но это и все». И Хартри не был одинок в отрицательном отношении к коммерциализации компьютерной отрасли. Например, гениальный американский математик Джон фон Нейман резко возражал против намерений создателей первого электронного компьютера ENIAC Джона Моучли и Преспера Эккерта организовать массовое производство компьютеров. Фон Нейман полагал, что математикам заниматься этим – «непрофессионально»!
Например, в прессе часто цитируют сказанные в конце 1940-х годов слова президента компании IBM Томаса Ватсона-старшего, – о том, что на мировом рынке есть место не более чем для пяти компьютеров. Звучит эта фраза действительно шокирующе. Однако, если разобраться, то окажется, что все обстоит отнюдь не так драматично. Ватсон был гениальным бизнесменом и организатором, за несколько десятилетий превратившим почти разорившуюся фирму в мирового лидера в области производства механических счетно-перфорационных машин и оборудования (табуляторы, перфораторы, сортировщики перфокарт и т. д.). Этот человек обладал феноменальным чутьем на все новое, сулящее успех, и при этом едва ли не лучше любого из современников понимал истинные потребности человечества в вычислительных мощностях. Но в то же время он мыслил вполне прагматично, и в первую очередь учитывал интересы своего дела, а не развития абстрактных научных или технических идей.
Томас Ватсон – основатель компании IBM
В середине 1940-х годов рыночные перспективы электронных компьютеров были в лучшем случае туманными. А компания IBM уже выпускала огромную номенклатуру электромеханических машин и оборудования для автоматизации вычислений. Ломать всю сложившуюся систему разработок и производства, бросаться с головой в омут новых и непроверенных электронных технологий было слишком рискованно. И в то время, когда многие разработчики и фирмы, сделавшие ставку на создание электронных машин, старались выпутаться из паутины технических и финансовых проблем, IBM никуда не спешила: фирма постепенно, шаг за шагом, совершенствовала свои разработки, последовательно заменяя в вычислительных машинах механические узлы и устройства электронными. Архитектура машин совершенствовалась, но идеология обработки данных при этом не менялась, сохранялась преемственность и – самое главное – клиенты компании не теряли привычную для себя среду. И одновременно накапливался серьезный задел на будущее.
Правильность выбранной IBM стратегии обнаружилась достаточно быстро. Когда в начале 1950-х годов в США стал формироваться компьютерный рынок, компания моментально вышла на него с новыми и оригинальными, но при этом уже обкатанными разработками и технологиями. Уже к концу десятилетия компания IBM настолько доминировала на этом рынке, что ее называли «Белоснежкой» – в противоположность «семи гномам» (под этим ироническим названием объединяли семь других компаний – разработчиков компьютеров).
Столь же часто, как Томаса Ватсона, цитируют журналисты и другого человека – знаменитого создателя вычислительной машины Mark I Говарда Айкена. Из одной популярной статьи в другую кочует история о том, как он заявил в 1948 году, что для удовлетворения всех вычислительных потребностей Америке достаточно иметь пять-шесть компьютеров. Эти слова приводят в качестве яркого примера «научной близорукости», свойственной иногда даже самым выдающимся ученым.
В действительности же все опять-таки обстояло не совсем так. Как-то раз на одном из многочисленных в те годы совещаний рассматривалось несколько проектов новых компьютеров. Их архитектуры были достаточно похожи друг на друга, и Айкен высказал сомнение в целесообразности финансирования всех этих разработок. Его мысль заключалась в том, что надо сначала четко понять достоинства и недостатки уже построенных аналогичных машин (а их и было пять-шесть штук), а уже потом расходовать огромные средства на новые.
В словах Айкена, кроме того, был еще один аспект, который сегодня может уловить только историк.
Говард Айкен – создатель Mark I
На самом деле его крайне беспокоил вопрос о том, как подготовить достаточное число квалифицированных программистов, которые смогли бы обеспечить компьютеры постоянной загрузкой. Он видел, что даже в то время, когда реально работали всего лишь две-три вычислительные машины, проблема программирования для них стояла крайне остро. Каждый компьютер обслуживали как минимум десяток людей, писавших программы. Если учесть, что программированием тогда занимались только математики высокой квалификации (которых никогда не бывает много), то озабоченность Айкена, связанная с дальнейшим увеличением числа компьютеров, становится вполне понятной. (Разумеется, надо помнить, что программировали тогда в машинных кодах, и процесс отладки был крайне сложным и длительным. Никто, и Айкен здесь не исключение, не мог предположить, что в недалеком будущем появятся языки программирования высокого уровня и программирование из доступного только избранным искусства превратится в массовую профессию).
Означают ли приведенные выше примеры, что на самом деле никакой недооценки возможностей компьютеров не было изначально, а их значение было сразу осознано? Разумеется, нет. Путь компьютеров к признанию был достаточно труден.
Выдающийся российский математик академик М. А. Лаврентьев в своих воспоминаниях рассказывает о том, какое сопротивление встречала идея автоматизации вычислений. Еще в 1935 году в Москве, в Математическом институте имени В. А. Стеклова, была создана «вычислительная ячейка» (лаборатория), которая выполняла заказы на производство крупных расчетов. В ней работали математики (вычислители), вооруженные карандашом, бумагой и настольными арифмометрами. Постепенно заказов становилось все больше, и к 1947 году из двух комнат секция распространилась на целый этаж и занимала более половины всей площади института. Дальше расти было некуда. И кроме того, масштаб задач стал таким, что люди с ними уже не справлялись.
Казалось бы, появление ЭВМ должно было обрадовать математиков, освобождаемых от рутинной и нудной работы. Однако на самом деле среди них произошел раскол. Большинство считали ЭВМ бесперспективной, сугубо рекламной затеей и предлагали не тратить на нее время и средства, а вместо этого увеличивать производство привычных аналоговых и механических счетных машин. Собственно говоря, знаменитый Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ), в котором впоследствии разрабатывались все самые мощные советские суперкомпьютеры, был создан в 1948 году именно для этого. Основными направлениями его деятельности были разработка беспроводных систем управления и моделирование полета стратегических ракет, вычисление баллистических таблиц для средств противовоздушной обороны, а также выполнение различных вычислительных работ по заказу Министерства обороны. Разработка вычислительных машин среди этих задач не значилась.
Словом, первые проекты вычислительных машин советские разработчики пробивали с огромным трудом. Будущий академик С. А Лебедев начал обдумывать устройство цифровой электронной вычислительной машины еще в 1945 году. Спустя некоторое время В. А. Голубцова, ректор МЭИ и жена всесильного члена Политбюро ЦК КПСС Г. М. Маленкова, узнала о работе Лебедева и в беседе с ним пообещала организовать встречу с кем-либо из верхов. Через некоторое время ученый действительно попал на прием к члену ЦК, в ведении которого находилась советская наука.
Лебедев подробно рассказал о том, что такое электронная вычислительная машина, что она сможет делать и во сколько обойдется ее постройка. Больше всего чиновника заинтересовала скорость работы машины. Цифра 1000 операций в секунду произвела на него сильное впечатление. Он долго переваривал это фантастическое сообщение и затем изрек: «Значит, мы за пару месяцев перерешаем на вашей машине все свои задачи, а потом что – на помойку ее выбрасывать?» Возвращаться к разговору было бессмысленно. Вскоре Лебедев уехал из Москвы в Киев, где украинская Академия наук создала ему условия для работы, результатом которой стала первая отечественная ЭВМ – МЭСМ.
Аналогичный случай в те же годы произошел еще с одним советским компьютерным пионером. Когда в кабинете большого чиновника от науки им были произнесены те же слова о возможностях электронных вычислительных машин, тот поинтересовался: «Так сколько, вы говорите, будет стоить эта ваша машина и сколько людей она сможет заменить?» Услышав, что стоимость машины может составить не один миллион рублей, чиновник (по совместительству также являвшийся ректором известного московского вуза), произнес: «Когда мне надо что-то посчитать, я сажаю на это дело сотню-другую студентов, и они все рассчитывают. Дешево и сердито».
По воспоминаниям одного из создателей отечественной ЭВМ первого поколения М-1 Б. И. Рамеева, в 1954 году академик М. В. Келдыш так говорил ему о машине Стрела: «Если бы таких ЭВМ выпустить 5–7 штук, то для Советского Союза этого было бы вполне достаточно». Спустя шесть лет в Венгрии группа математиков и инженеров по переданной из СССР документации построила первый венгерский электронный ламповый компьютер M-3. На волне энтузиазма они тут же решили начать работу над новой, более мощной вычислительной машиной, но местная Академия наук этот проект закрыла. По мнению академиков, уже построенная машина М-3 (производительность которой составляла всего лишь 50 операций в секунду!) как минимум на пять лет могла обеспечить все потребности страны – а раз так, то и незачем зря тратить деньги.
Впрочем, похожая ситуация была, например, и в Англии. Вскоре после Второй мировой войны здесь возникло несколько групп энтузиастов, которые вели соответствующие разработки. Не случайно первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC был построен именно в этой стране. Но очень многие научные эксперты сомневались в перспективности этого направления деятельности. Некоторые вообще полагали, что компьютер – это не более чем забавная игрушка для ученых. Правда, находить средства на экспериментальные образцы все-таки удавалось. Однако попытки вывести компьютеры на рынок встречали полное непонимание даже у специалистов.
Один из британских компьютерных пионеров, профессор Дуглас Хартри, в сентябре 1951 года заявил представителям фирмы Ferranti, искавшим покупателя на изготовленную ею вычислительную машину: «Компьютер есть в Кембридже; компьютер есть в Манчестере и еще один в Национальной физической лаборатории. Я думаю, что нужен еще один в Шотландии, но это и все». И Хартри не был одинок в отрицательном отношении к коммерциализации компьютерной отрасли. Например, гениальный американский математик Джон фон Нейман резко возражал против намерений создателей первого электронного компьютера ENIAC Джона Моучли и Преспера Эккерта организовать массовое производство компьютеров. Фон Нейман полагал, что математикам заниматься этим – «непрофессионально»!
О том, как архитектура пришла в ЭВМ
Словом архитектура (от латинского слова architectura, в свою очередь восходящего к древнегреческому αρχιτεκτων – «строитель») называют искусство проектировать и строить здания, сооружения, их комплексы и ансамбли. Архитектура образует ту среду, отличную от природной среды обитания, в которой живет человек. Архитектура – один из древнейших видов творческой деятельности человека, достигший расцвета уже в античном мире.
Одной из важнейших особенностей архитектуры является неразрывная связь прикладного, утилитарного начала с началом творческим, художественным. Понятно, что любое здание или сооружение должно в первую очередь соответствовать своему назначению – например, быть прочным (крепостная стена), защищать от холода (жилой дом) и т. д. Здесь архитектура тесно взаимодействует со строительством и с инженерным делом. Она зависит от имеющихся в наличии материалов, доступных конструкций, строительной техники. Но кроме сугубо функционального назначения, архитектура также призвана удовлетворять эстетические потребности человека. Подобно скульптуре и живописи, архитектура широко использует образы, в ней существуют специфические приемы их создания – такие как пропорциональность элементов и соотношение их объемов, цвет и фактура используемых материалов и др.
В то же время сегодня специалисты в области вычислительной техники и информационных технологий очень часто пользуются термином архитектура компьютера. Например, новейшее издание Большой Российской энциклопедии определяет архитектуру ЭВМ как «совокупность основных устройств ЭВМ и способы их взаимодействия, видимые пользователю (в большей степени системному программисту)». Популярный толковый словарь по информатике Ф. С. Воройского трактует ее сходным образом – как «общий принцип построения и организации работы, включая определение функционального состава основных узлов и блоков, а также структуры управляющих и информационных связей между ними, обеспечивающих реализацию заданных целей и характеристик».
Понятие это приобретает все большую популярность, и его сегодня используют для того, чтобы охарактеризовать наиболее важную отличительную черту типа компьютера или вычислительной системы – например, говорят об «ЭВМ гарвардской и принстонской архитектуры», об «ЭВМ с векторной или массивно-параллельной архитектурой» и др. Точно так же говорят – «архитектура x86 фирмы Intel», «архитектура Sparc фирмы Sun Microsystems» и др. Часто можно встретить в литературе словосочетания «открытая архитектура», «параллельная архитектура», «архитектура клиент-сервер» и т. д. Распространяют это понятие и на вычислительные сети, включая в него протоколы и интерфейсы, требуемые для реализации связи.
Каким же образом слово, известное более двух тысячелетий, перешло в совершенно другую область?
Очень часто в литературе встречается утверждение, что термин архитектура компьютера был придуман в самом начале 1960-х годов Фредериком Бруксом-младшим (но при этом никаких объяснений его происхождению не дается). В действительности же дело обстояло несколько иначе. И хотя роль Брукса действительно была крайне важной, авторство термина все-таки принадлежит не ему.
Фредерик Брукс – лауреат премии «Компьютерный пионер»
Компания IBM в то время вела разработку компьютера IBM 7030, более известного сегодня как Stretch. В течение многих месяцев Джонсон внимательно изучал техническую документацию, посещал производственные совещания конструкторов. Наконец он написал небольшую 30-страничную брошюру, в которой попытался сформулировать наиболее важные принципы построения этого компьютера.
В предисловии к брошюре Джонсон указал, что предметом его анализа является структурированная логическая организация машины, которую он назвал архитектоникой[2]. Однако скоро ему показалось, что на бумаге этот термин выглядит слишком уж напыщенным и вычурным. И он заменил архитектонику на более привычное слово архитектура, тем более что оно куда лучше соответствовало тому смыслу, который вкладывал в него сам Джонсон.
Обложка и страница монографии о проекте Stretch
Брукс, в то время один из ведущих разработчиков компьютера Stretch, прочитал сочинение коллеги, и возражений его содержание у него не вызвало. Так что 10 ноября 1959 года техническая записка с номером RC-160, озаглавленная «A Description of Stretch» (Описание компьютера Stretch), увидела свет.
Именно эту дату смело можно считать днем рождения столь популярного сегодня термина. Однако, хотя все заинтересованные лица техническую записку прочитали, новый термин их внимания не привлек и остался фактически незамеченным.
И только Брукс, в отличие от коллег, сумел оценить его по достоинству. Во всяком случае, он не только не забыл о нем, но и глубоко обдумал его смысл. И когда в 1962 году была издана коллективная монография, обобщавшая опыт работы над проектом Stretch, Брукс назвал написанную им 2-ю главу книги «Architectural Philosophy» (Философия архитектуры), а один из подразделов был озаглавлен «Современные тенденции в архитектуре компьютеров».
Глава начиналась следующей преамбулой: «Архитектура компьютера, как и другая архитектура, есть искусство определять потребности пользователя той или иной структуры и затем разрабатывать ее, удовлетворяя эти потребности настолько эффективно, насколько это возможно в условиях экономических и технологических ограничений. Архитектура должна включать инженерные соображения, чтобы разработка была экономичной и осуществимой, но акцент в архитектуре делается на потребностях пользователя, в то время как в инженерии – на возможностях изготовителя».
Таким образом, Брукс определил архитектуру не просто как абстрактную организацию вычислительной машины, а как некую структуру, ориентированную на своего пользователя. Более того, он прямо указал на аналогию этого термина с традиционно понимаемой архитектурой – а именно, что они ориентируются на человека, пользующегося ею.
Так понятие архитектура компьютера впервые было определено и использовано в книге, предназначенной для широкого читателя. Но при этом нельзя не сказать, что другие авторы книги им ни разу не воспользовались. Оно даже не было включено в сводный индекс терминов, помещенный в конце книги. А между тем среди авторов монографии были крупнейшие конструкторы ЭВМ (сегодня их назвали бы именно архитекторами) – Вернер Бухгольц, Геррит Блау, Джон Кок и Джон Померен, а также такие выдающиеся ученые в области вычислительной техники, как разработчик теории реляционных баз данных Эдгар Кодд и создатель кодов ASCII Боб Бемер. Похоже, что новое понятие и в этот раз не приглянулось даже специалистам.
Однако до всеобщего признания оставалось совсем недолго. Официально компания IBM расценила проект Stretch как свою неудачу. Сегодня Stretch называют одним из первых в мире суперкомпьютеров, особо отмечая его высочайшую по тем временам надежность. Но его разработка обошлась слишком дорого. Явно завышенные и вряд ли реализуемые ожидания (изначально планировалось, что производительность Stretch в 100 раз превысит производительность предыдущей разработки – компьютера IBM 704) привели к тому, что предполагавшуюся продажную цену пришлось уменьшить вдвое, и компания понесла огромные убытки.
Однако именно в ходе работы над проектом Stretch родились многие новаторские технические идеи, которые на долгие годы определили пути развития вычислительной техники. В частности, накопленный опыт оказался востребованным при работе над знаменитыми ЭВМ серии IBM 360. Этот проект возглавлял Фредерик Брукс, и именно с его легкой руки слово архитектура применительно к компьютерам сначала прижилось среди разработчиков IBM 360, затем вышло за границы компании и, наконец, стало общепризнанным.
Мы уже говорили о том, что одной из важнейших особенностей архитектуры является гармоничное единство – неразрывная связь функциональности, полезности и художественного начала.
И здесь находим еще одно подтверждение того, сколь удачным оказалось распространение понятия архитектура на компьютерную область. Ведь создатели вычислительных машин всегда руководствовались отнюдь не только соображениями функциональности и утилитарности. Им была не чужда и эстетика. Здесь можно вспомнить об арифмометрах XVII – начала XX веков, многие из которых представляли собой выдающиеся произведения декоративно-прикладного искусства. Люди хотят, чтобы окружающие их предметы были красивыми. И сегодня, когда персональный компьютер стал таким же бытовым прибором, как, например, холодильник, дизайнерские решения по части форм или расцветки таких аксессуаров, как клавиатура, мышь или монитор, становятся все более изысканными.
Арифмометр конструкции Иоганна Мюллера. 1783 год
Гораздо менее известно, что и «большие» компьютеры никогда не оставались в стороне от этой тенденции. Например, гениальный создатель суперкомпьютеров Сеймур Крей писал: «Даже процесс покупки большого научного компьютера имеет эмоциональную составляющую, – поэтому то, что внешне отличается от других и привлекает взгляд, продается лучше. Меня всегда интересовала эстетическая сторона дела. Не понимаю, почему многие компьютеры выглядят как непрезентабельные железные ящики». Поэтому не случайно созданные Креем вычислительные машины отличались редкой эстетической выразительностью. Так, Крей писал про Cray-1: «Работая над этим компьютером, я хотел сделать нечто, внешне отличающее его от привычных машин, и уже этим подчеркнуть его исключительность».
Компьютер Cray-2
А крайне сложную проблему отвода тепла в компьютере Cray-2 Крей решил, поместив основные блоки компьютера в жидкий фторуглерод. Прозрачный корпус, в котором, как в аквариуме, бурлила голубоватая жидкость, – это производило поистине завораживающее впечатление. Блестящий пример совмещения инженерной и дизайнерской идей!
Одной из важнейших особенностей архитектуры является неразрывная связь прикладного, утилитарного начала с началом творческим, художественным. Понятно, что любое здание или сооружение должно в первую очередь соответствовать своему назначению – например, быть прочным (крепостная стена), защищать от холода (жилой дом) и т. д. Здесь архитектура тесно взаимодействует со строительством и с инженерным делом. Она зависит от имеющихся в наличии материалов, доступных конструкций, строительной техники. Но кроме сугубо функционального назначения, архитектура также призвана удовлетворять эстетические потребности человека. Подобно скульптуре и живописи, архитектура широко использует образы, в ней существуют специфические приемы их создания – такие как пропорциональность элементов и соотношение их объемов, цвет и фактура используемых материалов и др.
В то же время сегодня специалисты в области вычислительной техники и информационных технологий очень часто пользуются термином архитектура компьютера. Например, новейшее издание Большой Российской энциклопедии определяет архитектуру ЭВМ как «совокупность основных устройств ЭВМ и способы их взаимодействия, видимые пользователю (в большей степени системному программисту)». Популярный толковый словарь по информатике Ф. С. Воройского трактует ее сходным образом – как «общий принцип построения и организации работы, включая определение функционального состава основных узлов и блоков, а также структуры управляющих и информационных связей между ними, обеспечивающих реализацию заданных целей и характеристик».
Понятие это приобретает все большую популярность, и его сегодня используют для того, чтобы охарактеризовать наиболее важную отличительную черту типа компьютера или вычислительной системы – например, говорят об «ЭВМ гарвардской и принстонской архитектуры», об «ЭВМ с векторной или массивно-параллельной архитектурой» и др. Точно так же говорят – «архитектура x86 фирмы Intel», «архитектура Sparc фирмы Sun Microsystems» и др. Часто можно встретить в литературе словосочетания «открытая архитектура», «параллельная архитектура», «архитектура клиент-сервер» и т. д. Распространяют это понятие и на вычислительные сети, включая в него протоколы и интерфейсы, требуемые для реализации связи.
Каким же образом слово, известное более двух тысячелетий, перешло в совершенно другую область?
Очень часто в литературе встречается утверждение, что термин архитектура компьютера был придуман в самом начале 1960-х годов Фредериком Бруксом-младшим (но при этом никаких объяснений его происхождению не дается). В действительности же дело обстояло несколько иначе. И хотя роль Брукса действительно была крайне важной, авторство термина все-таки принадлежит не ему.
Фредерик Брукс-младший – выдающийся американский ученый в области вычислительной техники и программирования. С 1961 году он возглавлял разработку архитектуры вычислительных машин серии IBM 360 и операционной системы OS/360 – одного из крупнейших проектов в истории вычислительной техники. Автор классической книги «Мифический человеко-месяц», лауреат многих престижных научных премий, включая премию Тьюринга и премию «Компьютерный пионер».В ноябре 1958 года молодой, но уже имевший серьезный стаж работы на компьютерах Univac I, IBM 702 и Univac II программист Лайл Джонсон стал сотрудником корпорации IBM. Подразделение, в котором он начал работать, называлось «Machine Organization department» (Отдел организации вычислительных машин). Так что Джонсон должен был анализировать особенности построения (организации) различных вычислительных машин, отбирая и характеризуя их с точки зрения полезности для пользователя при решении тех или иных задач.
Компания IBM в то время вела разработку компьютера IBM 7030, более известного сегодня как Stretch. В течение многих месяцев Джонсон внимательно изучал техническую документацию, посещал производственные совещания конструкторов. Наконец он написал небольшую 30-страничную брошюру, в которой попытался сформулировать наиболее важные принципы построения этого компьютера.
В предисловии к брошюре Джонсон указал, что предметом его анализа является структурированная логическая организация машины, которую он назвал архитектоникой[2]. Однако скоро ему показалось, что на бумаге этот термин выглядит слишком уж напыщенным и вычурным. И он заменил архитектонику на более привычное слово архитектура, тем более что оно куда лучше соответствовало тому смыслу, который вкладывал в него сам Джонсон.
Обложка и страница монографии о проекте Stretch
Брукс, в то время один из ведущих разработчиков компьютера Stretch, прочитал сочинение коллеги, и возражений его содержание у него не вызвало. Так что 10 ноября 1959 года техническая записка с номером RC-160, озаглавленная «A Description of Stretch» (Описание компьютера Stretch), увидела свет.
Именно эту дату смело можно считать днем рождения столь популярного сегодня термина. Однако, хотя все заинтересованные лица техническую записку прочитали, новый термин их внимания не привлек и остался фактически незамеченным.
И только Брукс, в отличие от коллег, сумел оценить его по достоинству. Во всяком случае, он не только не забыл о нем, но и глубоко обдумал его смысл. И когда в 1962 году была издана коллективная монография, обобщавшая опыт работы над проектом Stretch, Брукс назвал написанную им 2-ю главу книги «Architectural Philosophy» (Философия архитектуры), а один из подразделов был озаглавлен «Современные тенденции в архитектуре компьютеров».
Глава начиналась следующей преамбулой: «Архитектура компьютера, как и другая архитектура, есть искусство определять потребности пользователя той или иной структуры и затем разрабатывать ее, удовлетворяя эти потребности настолько эффективно, насколько это возможно в условиях экономических и технологических ограничений. Архитектура должна включать инженерные соображения, чтобы разработка была экономичной и осуществимой, но акцент в архитектуре делается на потребностях пользователя, в то время как в инженерии – на возможностях изготовителя».
Таким образом, Брукс определил архитектуру не просто как абстрактную организацию вычислительной машины, а как некую структуру, ориентированную на своего пользователя. Более того, он прямо указал на аналогию этого термина с традиционно понимаемой архитектурой – а именно, что они ориентируются на человека, пользующегося ею.
Так понятие архитектура компьютера впервые было определено и использовано в книге, предназначенной для широкого читателя. Но при этом нельзя не сказать, что другие авторы книги им ни разу не воспользовались. Оно даже не было включено в сводный индекс терминов, помещенный в конце книги. А между тем среди авторов монографии были крупнейшие конструкторы ЭВМ (сегодня их назвали бы именно архитекторами) – Вернер Бухгольц, Геррит Блау, Джон Кок и Джон Померен, а также такие выдающиеся ученые в области вычислительной техники, как разработчик теории реляционных баз данных Эдгар Кодд и создатель кодов ASCII Боб Бемер. Похоже, что новое понятие и в этот раз не приглянулось даже специалистам.
Однако до всеобщего признания оставалось совсем недолго. Официально компания IBM расценила проект Stretch как свою неудачу. Сегодня Stretch называют одним из первых в мире суперкомпьютеров, особо отмечая его высочайшую по тем временам надежность. Но его разработка обошлась слишком дорого. Явно завышенные и вряд ли реализуемые ожидания (изначально планировалось, что производительность Stretch в 100 раз превысит производительность предыдущей разработки – компьютера IBM 704) привели к тому, что предполагавшуюся продажную цену пришлось уменьшить вдвое, и компания понесла огромные убытки.
Однако именно в ходе работы над проектом Stretch родились многие новаторские технические идеи, которые на долгие годы определили пути развития вычислительной техники. В частности, накопленный опыт оказался востребованным при работе над знаменитыми ЭВМ серии IBM 360. Этот проект возглавлял Фредерик Брукс, и именно с его легкой руки слово архитектура применительно к компьютерам сначала прижилось среди разработчиков IBM 360, затем вышло за границы компании и, наконец, стало общепризнанным.
Мы уже говорили о том, что одной из важнейших особенностей архитектуры является гармоничное единство – неразрывная связь функциональности, полезности и художественного начала.
И здесь находим еще одно подтверждение того, сколь удачным оказалось распространение понятия архитектура на компьютерную область. Ведь создатели вычислительных машин всегда руководствовались отнюдь не только соображениями функциональности и утилитарности. Им была не чужда и эстетика. Здесь можно вспомнить об арифмометрах XVII – начала XX веков, многие из которых представляли собой выдающиеся произведения декоративно-прикладного искусства. Люди хотят, чтобы окружающие их предметы были красивыми. И сегодня, когда персональный компьютер стал таким же бытовым прибором, как, например, холодильник, дизайнерские решения по части форм или расцветки таких аксессуаров, как клавиатура, мышь или монитор, становятся все более изысканными.
Арифмометр конструкции Иоганна Мюллера. 1783 год
Гораздо менее известно, что и «большие» компьютеры никогда не оставались в стороне от этой тенденции. Например, гениальный создатель суперкомпьютеров Сеймур Крей писал: «Даже процесс покупки большого научного компьютера имеет эмоциональную составляющую, – поэтому то, что внешне отличается от других и привлекает взгляд, продается лучше. Меня всегда интересовала эстетическая сторона дела. Не понимаю, почему многие компьютеры выглядят как непрезентабельные железные ящики». Поэтому не случайно созданные Креем вычислительные машины отличались редкой эстетической выразительностью. Так, Крей писал про Cray-1: «Работая над этим компьютером, я хотел сделать нечто, внешне отличающее его от привычных машин, и уже этим подчеркнуть его исключительность».
Компьютер Cray-2
А крайне сложную проблему отвода тепла в компьютере Cray-2 Крей решил, поместив основные блоки компьютера в жидкий фторуглерод. Прозрачный корпус, в котором, как в аквариуме, бурлила голубоватая жидкость, – это производило поистине завораживающее впечатление. Блестящий пример совмещения инженерной и дизайнерской идей!