Революция миниатюризации: интегральные схемы в ЭВМ

Иван Корнев·07.05.2026·⏱6 мин

Главным отличием элементной базы ЭВМ третьего поколения (середина 1960-х – начало 1970-х) стал переход от дискретных транзисторов к интегральным микросхемам (ИС). Это позволило разместить сотни электронных компонентов на одном кристалле полупроводника, что радикально уменьшило размеры компьютеров, снизило энергопотребление и многократно повысило надежность и быстродействие систем.

Именно в этот период вычислительная техника перестала быть «лабораторным чудом» и начала массово внедряться в бизнес, науку и управление благодаря появлению стандартизированных семейств машин, таких как IBM System/360.

Краткий ответ: Третье поколение ЭВМ базируется на интегральных схемах (SSI и MSI). Ключевые отличия от предыдущего поколения: высокая плотность монтажа, снижение стоимости производства, повышение надежности (наработка на отказ выросла в десятки раз) и появление совместимого программного обеспечения для разных моделей одного семейства.

Эволюция элементной базы: от ламп к чипам

Чтобы понять масштаб изменений, нужно сравнить технологии трех первых поколений. Каждое из них определялось основным строительным блоком логики.

Первое поколение (1940–1950-е): Вакуумные лампы.
- Громоздкие, хрупкие, потребляли огромное количество энергии (до 150 кВт).
- Низкая надежность: лампы перегорали каждые несколько часов.
- Примеры: ENIAC, МЭСМ.
Второе поколение (1950–1960-е): Дискретные транзисторы.
- Транзисторы были меньше, надежнее и холоднее ламп.
- Однако каждый транзистор, резистор и конденсатор спаивался отдельно. Тысячи соединений создавали «паутину» проводов, которая была сложной в сборке и обслуживании.
- Примеры: IBM 1401, БЭСМ-6 (ранние модификации).
Третье поколение (1964–1970-е): Интегральные схемы (ИС).
- Компоненты (транзисторы, диоды, резисторы) изготавливались одновременно на единой подложке из кремния.
- Резкое сокращение числа внешних соединений повысило надежность.
- Скорость переключения элементов достигла наносекундного диапазона.

Сравнительная характеристика поколений

Характеристика	1-е поколение (Лампы)	2-е поколение (Транзисторы)	3-е поколение (Интегральные схемы)
Основной элемент	Электровакуумная лампа	Полупроводниковый триод	Монолитная микросхема
Плотность упаковки	Низкая (объемные детали)	Средняя (печатные платы)	Высокая (кристалл кремния)
Быстродействие	Миллисекунды (тыс. оп/сек)	Микросекунды (сотни тыс. оп/сек)	Наносекунды (млн оп/сек)
Энергопотребление	Очень высокое (кВт)	Умеренное	Низкое
Надежность (MTBF)	Часы работы	Сотни часов	Тысячи часов
Охлаждение	Мощные системы вентиляции	Воздушное	Воздушное или жидкостное (для мощных узлов)

Технологии производства и типы микросхем

Фундаментом третьего поколения стали изобретения Джека Килби (Texas Instruments) и Роберта Нойса (Fairchild Semiconductor), разработавших технологию создания интегральных схем.

Планарная технология

Основным методом производства стала планарная технология. Она позволяла создавать все элементы схемы внутри объема кремниевой пластины, а не навешивать их сверху.

Процесс: На кремниевую пластину наносились слои оксида, которые служили маской для диффузии примесей (бора, фосфора). Это формировало области p-n-переходов прямо внутри кристалла.
Преимущество: Все соединения были защищены слоем диэлектрика, что делало чипы устойчивыми к влаге и пыли.

Классификация ИС третьего поколения

В этот период доминировали два класса интеграции:

SSI (Small-Scale Integration) — Малая степень интеграции.
- Содержала от 3 до 30 элементов на одном кристалле.
- Использовалась для создания базовых логических вентилей (И, ИЛИ, НЕ) и триггеров.
- Пример: серия микросхем 7400 (NAND-вентили).
MSI (Medium-Scale Integration) — Средняя степень интеграции.
- Содержала от 30 до 100–300 элементов.
- Позволяла размещать на одном чипе готовые функциональные узлы: сумматоры, дешифраторы, регистры сдвига.
- Именно появление MSI позволило сократить количество корпусов на печатной плате в десятки раз.

Гибридные модули: В ранних моделях третьего поколения (например, IBM System/360) часто использовались гибридные технологии (SLT — Solid Logic Technology). На одной керамической подложке монтировались отдельные бескорпусные транзисторы и резисторы, соединенные тонкими проводниками. Это был переходный этап от дискретных деталей к монолитным ИС.

Яркие представители ЭВМ третьего поколения

Переход на новую элементную базу позволил создать первые семейства совместимых компьютеров. Ранее каждая новая модель требовала написания программ с нуля. Теперь программное обеспечение стало переносимым внутри семейства.

IBM System/360

Анонсированная в 1964 году, эта система стала эталоном эпохи.

База: Использовала гибридные микросхемы SLT, а позже — монолитные ИС.
Инновация: Единая архитектура для всего ряда машин — от небольших научных до мощных коммерческих серверов.
Результат: Пользователь мог перейти с младшей модели на старшую, просто заменив «железо», без переписывания кода.

Серия ЕС ЭВМ (СССР)

В Советском Союзе третьему поколению соответствовали машины серии ЕС (Единая Система), разработка которых началась в конце 1960-х.

База: Отказ от уникальных разработок в пользу унификации с архитектурой IBM/360. Использовались отечественные аналоги интегральных схем (серии К133, К500 и др.).
Примеры: ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040.
Особенность: Массовое внедрение в государственные учреждения и НИИ благодаря стандартизации периферии и ПО.

PDP-8 и мини-компьютеры

Компания DEC выпустила PDP-8 (1965) — первый успешный мини-компьютер.

Благодаря компактным ИС машина поместилась в шкаф, а не занимала целый зал.
Стоимость снизилась до $18 000, что сделало ЭВМ доступными для университетских лабораторий и небольших фирм.

Частые ошибки и заблуждения

При изучении истории вычислительной техники часто возникают неточности в классификации.

Ошибка 1: Путаница с микропроцессорами. Третье поколение — это еще не микропроцессоры. Центральный процессор (CPU) в ЭВМ 3-го поколения состоял из множества отдельных плат с микросхемами SSI/MSI. Микропроцессор (все функции CPU на одном кристалле) — это признак уже четвертого поколения (с 1971 года, Intel 4004).
Ошибка 2: «Все транзисторы исчезли». Интегральная схема состоит из транзисторов. Разница лишь в том, что во втором поколении они были отдельными деталями в металлических корпусах, а в третьем — сформированы внутри кремниевой пластины.
Ошибка 3: Игнорирование программного обеспечения. Часто считают, что поколение определяется только «железом». Однако именно для ЭВМ 3-го поколения были разработаны первые полноценные операционные системы с мультипрограммированием (OS/360), что стало возможным благодаря возросшей надежности аппаратной части.

FAQ: Вопросы об ЭВМ третьего поколения

Почему третье поколение считают самым важным для бизнеса? Потому что оно сделало компьютеры экономически эффективными. Снижение стоимости эксплуатации и возможность использовать одно ПО для разных задач позволили банкам, страховым компаниям и заводам автоматизировать учет.

Какая память использовалась в ЭВМ 3-го поколения? Основная память (ОЗУ) постепенно переходила от магнитных сердечников (ферритовых колец) к полупроводниковой памяти на ИС. Однако ферритовая память оставалась стандартом надежности вплоть до конца 1960-х. Внешняя память представляла собой магнитные диски и ленты.

Что такое «гибридная микросхема» и чем она отличается от монолитной? В гибридной схеме отдельные компоненты (транзисторы, резисторы) монтируются на общую подложку и соединяются проводниками. В монолитной ИС все компоненты выращиваются внутри единого кристалла кремния. Третье поколение использовало оба типа, но к его концу монолитные технологии победили.

Как долго прослужили ЭВМ третьего поколения? Активная эксплуатация длилась примерно с 1964 по 1975 год. После этого их начали вытеснять более дешевые и мощные машины на базе больших интегральных схем (LSI) и микропроцессоров.