PIRMĀS PAAUDZES ELEKTRONU SKAITĻOJAMĀS MAŠĪNAS (ESM)

Pirmās paaudzes ESM darbojās jau 1947. gadā, bet to rūpnieciskā ražošana sākās tikai piecdesmitajos gados.



Pirmās paaudzes ESM tiek sauktas par lampu skaitļotājiem, jo svarīgākā skaitļotāja sastāvdaļa bija vakuuma elektronu lampas. Parasti tās tika izmantotas viena konkrēta uzdevuma risināšanai.



Skaitļotājos visus elektronisko shēmu elementus izgatavoja atsevišķu detaļu veidā. Svarīgākās no šīm detaļām bija vakuuma elektronu lampas, kā arī citas tā laika tradicionālās radiotehnikas detaļas – pretestības un kondensatori.



Pats skaitļotājs sastāvēja no daudziem metāla skapjiem, kuri bija blīvi piepildīti ar elektronu lampām. Šie skaitļotāji aizņēma simtiem kvadrātmetru lielas zāles, svēra pat simtiem tonnu, patērēja simtiem kW elektroenerģijas. Gandrīz ik pēc stundas ilgas darbināšanas nācās labot kādu sabojājušos mašīnas mezglu vai elementu.



Pirmās paaudzes ESM varēja izpildīt tikai nelielu skaitu elementāro operāciju, tādēļ jebkurš uzdevums bija jāpārveido tā, lai būtu secīgi jāizpilda tikai šīs elementārās darbības.



Skaitļotāja darbības principi bija šādi: elektronu lampa noteiktos apstākļos var laist cauri elektrisko strāvu vai arī aizturēt to. ESM strādāja binārajā sistēmā, kurā ir zināmi tikai divi cipari – 0 un 1. Ja strāva plūda cauri lampai, tad tas nozīmēja signālu 1, ja ne – signālu 0 (sk. Binārā skaitīšanas sistēma).



Pēc komandu virknes sastādīšanas programmētājs aizgāja uz mašīnzāli, sēdās pie ESM pults un pats vadīja savu programmu skaitļotājā. Praktiski tas nozīmēja darbošanos ar divpozīciju slēdžiem – ieslēgt, izslēgt, t. i., slēdzis var ieņemt divus stabilus stāvokļus – 1 un 0. Visbiežāk darbs pie pults bija saistīts ar programmas skaņošanu (labošanu) – laika ziņā visietilpīgāko procesu. Matemātiķa programmētāja kvalifikāciju noteica spēja ātri atrast un labot kļūdas savā programmā, citiem vārdiem sakot, māka ātri orientēties skaitļu virknītēs, kas sastāvēja tikai no cipariem 0 un 1, kā arī spēja labi orientēties pie ESM pults.



Viens no pirmajiem pirmās paaudzes skaitļotājiem bija UNIVAC (UNIversal Automatic Computer), kura izgatavošana sākta 1947. gadā ASV Džona Prespera Ekerta un Džona Viljama Mouklija vadībā. Pirmais mašīnas paraugs (UNIVAC–1) 1951. gadā tika nodots ekspluatācijā un bija izgatavots ASV tautas skaitīšanas birojam.



50. gadu beigu un 60. gadu skaitļotājos operatīvo atmiņu galvenokārt veidoja, izmantojot ferīta gredzenus. Lai pārmainītu gredzena magnetizācijas virzienu, gredzens saņem strāvu – pusi no horizontāli plūstošās strāvas, otru pusi no vertikāli plūstošās strāvas.



1 – strāva pārvietojas vienā virzienā pa stiepli, tā magnetizē gredzenu vienā virzienā, piemēram, “ieslēgts”, kas binārajā sistēmā nozīmē 1. Šajā gredzenā tiek glabāts binārcipars 1. 2 – strāvas nav, gredzena magnetizācijas virziens nemainās. 3 – strāva pārvietojas otrā virzienā pa stiepli, tā magnetizē gredzenu pretējā virzienā, piemēram, “izslēgts”, kas binārajā sistēmā nozīmē 0. Šajā gredzenā tiek glabāts binārcipars 0.

UNIVAC izmanto operatīvo atmiņu, kas sastāv no magnetizētiem gredzeniem. Gredzeni ir kniepadatas galviņas lielumā. Apmēram divus gadu desmitus ferīta gredzeni tika izmantoti skaitļotāju atmiņas nodrošināšanai.



50. gadu sākumā ESM izgatavošanā iesaistījās firma IBM, kura 1952. gadā izgatavoja savu pirmo rūpniecisko skaitļotāju IBM–701, kura uzlabots variants IBM–704 tika izlaists 1956. gada janvārī.



IBM–701. Sastāvēja no 4000 elektronu lampām, 12 000 diodēm. Tā ātrdarbība bija 2000 reizināšanas op./s. Pirmais skaitļotājs, kas izgatavots speciāli biznesa vajadzībām. IBM–701 ir daudzi jauninājumi, to starpā operatīvā atmiņa, kā arī ārējā atmiņa uz magnētiskajām lentēm.



1952. gada oktobrī firmas Remington–Rand līdzstrādnieki piedāvāja algoritmu pieraksta algebrisku paņēmienu, ko nosauca par saīsināto kodu. Šo programmistu grupu vadīja lēdija, ASV jūras karaspēku virsniece, kapteine Greisa Hopere. Viņa izstrādāja pirmo programmu kompilatoru A–0. Šis kompilators veica visas programmas “tulkošanu” no algebriskas pieraksta formas, kas ērta cilvēkam, uz mašīnvalodu, ko saprata skaitļotājs. Vēlāk ar viņas līdzdalību tika izstrādāta arī programmēšanas valoda COBOL (Common Business Oriented Language).



1950. gadā Padomju Savienībā Kijevā Sergeja Ļebedeva vadībā tika izgatavota ESM MESM (mazā elektronu skaitļojamā mašīna).



Drīz pēc tam S. Ļebedevs pārcēlās uz Maskavu, kur PSRS Zinātņu akadēmijas Precīzās mehānikas un skaitļošanas tehnikas institūtā organizēja ESM nodaļu, lai izveidotu ESM BESM (ātrdarbīgo elektronu skaitļojamo mašīnu).



1952. gadā sākās šā skaitļotāja ekspluatācija. 1953. gadā tas pats autoru kolektīvs izveidoja BESM–1. Savā laikā tā bija labākā ESM Eiropā. Tās ātrdarbība bija 8 tūkstoši matemātisko operāciju sekundē, tā sastāvēja no 8000 elektronu lampām un 4000 pusvadītāju diodēm, patērēja 80 kW jaudas.



1960. gadā arī Latvijā Zinātņu akadēmijas Elektronikas un skaitļošanas tehnikas institūtā Jāņa Daubes (1910–1982) vadībā tika uzbūvēts skaitļotājs LM–3 (Latvijas Mazā). Skaitļotāja konstruēšanas un izgatavošanas darbos tika iesaistīti speciālisti no Latvijas rūpniecības uzņēmumiem VEF un Radiotehnika. Maskavā nesen bija izgatavota skaitļojamā mašīna M–3, tomēr Latvijas Mazā nebija šā skaitļotāja kopija. Oriģināls bija tās dizains. Visa galvenā elektronika tika koncentrēta A. Kundziņa konstruētajā centrālajā skapī, kur tika ievietoti ap 200 viegli nomaināmu moduļu, kurus toreiz sauca par subblokiem. LM–3 sastāvēja no apmēram 200 subblokiem, turklāt katram bija ap 30 ievad/izvadkontaktu. Parasti tas sastāvēja no 2 radiolampām, kas veidoja kādu pastiprinātāju vai trigeri, kā arī pusvadītāju diodes un pretestības. LM–3 darbu sāka 1960. gada 21. jūlijā. Bet pēc mēneša – augustā – uz Latviju tika atvests tolaik Padomju Savienībā jaudīgākais sērijveidā ražotais, Uļjanovskā samontētais skaitļotājs BESM-2. Salīdzināšanai: LM–3 jauda bija paredzēta 50 operāciju sekundē, bet BESM–2 solīja veikt 10 000 operāciju sekundē.



Pirmās paaudzes ESM ražošana tika pārtraukta 1964. gadā. Šīs paaudzes skaitļotājiem bija būtiski trūkumi.

•Lielajās ESM lampu skaits sasniedza vairākus tūkstošus. Lampu drošums varēja būt daudz labāks. ESM mezgli un bloki pastāvīgi bojājās. Tas ne tikai pārtrauca skaitļošanas procesu, bet arī radīja neērtības pašu tehnisko iekārtu ekspluatācijā.

• Aparatūras izvietošanai bija vajadzīgas milzīgas zāles. Rekordiste šai ziņā bija ASV skaitļojamā mašīna BIZMAC. Tās izvietošanai bija nepieciešama 1600 m2 liela platība. Tādu platību aizņem 50 dzīvokļu ēka!

• Mašīnām strādājot, kā mašīnzāles, tā arī palīgiekārtu zāles stipri sasila, kas radīja papildu grūtības darbā gan darbiniekiem, gan arī pašai aparatūrai, kura bija pietiekami jutīga pret apkārtējo vidi. Telpu dabiskā ventilācija nenodrošināja normālu temperatūras režīmu, tāpēc vajadzēja lietot gaisa kondicionētājus ar spēcīgiem ventilatoriem, filtrējošiem un dzesējošiem agregātiem, kas savukārt prasīja papildu telpas un izmaksas.

• Galvenais šķērslis šo mašīnu plašākam lietojumam bija ļoti augstā mašīnlaika izmaksa.

• Mašīnu bija maz, tām bija neliela ražība un tās varēja izmantot ļoti neliels skaits lietotāju. Mašīnas bija noslogotas ar valstiski svarīgiem uzdevumiem, tās izmantoja tikai zinātniskiem un militāriem mērķiem.