Механические вычислительные машины

Содержание
  1. �������������� ������
  2. ������� �������� �������������� �����
  3. ������ ������������ �������������� ������
  4. �������������� ������ ��������
  5. �������������� ������ �������
  6. ������������� �������������� �����
  7. �������������� ���������, ������� � ����
  8. ������������ �������������� ������
  9. �������� �������������� ������
  10. ���������� �������������� ������
  11. ������������������� �������������� ������
  12. ������� �������������� ������
  13. ������������� � ���������� �������������� �����
  14. Вычислительная машина
  15. История вычислительных машин
  16. ВЫЧИСЛИ́ТЕЛЬНАЯ МАШИ́НА
  17. Поколения вычислительной техники
  18. Первое поколение ЭВМ 1938 – 1956 годы
  19. Второе поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы
  20. Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы
  21. Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы
  22. Шестое и последующие поколения ЭВМ: 2011 и далее..
  23. О том как устроено it. пост 1. механические вычислительные устройства

�������������� ������

Механические вычислительные машины

�������������� ������, �������� ������������ ������ ����������� �����. � ������������ ����� ������� ����������� ������������ � ������� ���� ������������ ��� ����������� �������.

� �������� ������ �������� �������������� ������� ������ ������ ���� �������� �� ���������� ������� ��� ���������� �� �����, ��������� ��������� ����� �������������� �������� � �������� ���� �������.

����� ������� �������� ����������� �������������� ������, �������� ���������, ������� ��������� ���������, ������������ � �������� ������. ���� ����� � ��������, ������� ����� �� ������ ��� ����������, �������� ��� �������� ��� �� «1» � «0».

� ����������� �� ������� ������������ «1» � «0» �������������� ������ ������� �� ����� ��� ��� ���� ������.

������� �������� �������������� �����

������� �������� �������������� ����� ������ ��� � ������� �������, ����� ��� ���������� ���������� �������������� ��������, ������� ����������� �������� ��� ������������ �����.

������� ���������� ���������������� ��� ���������� �������� ������� �������. �����, � �������� �������� ������� ������� �������� ���� ������� ���. ��������, �� ������ �������� ��� ������� ���������� ����������� ������ ����� ��������� �����.

�� ��� �����, �� ����� �� �������� ����� ���� ������� ����������, ������� ����� ��������� ������� �������������� ��������. ������� ������������ ���� �������, �������� ���������� ����������: �������� ��� ������ ��� ���������� ������ ��� �, ������ �����, �������������� ��� ���������.

������ ������ � ������, ��� ���������� ������������ ����� ������ ���� �������, � ����� �������� �� ��������� ������� ��������� �������� ������ �� ����� �����������.

��������� �����, ����� ��� ���� ����������� ��������, �� ������� ���� ���������� ������������ ������� ��������, ��������� ������������ ����������� ������� ���������.

��� ����������� ������������ ������������� �����, ��� ����������, ��� �������� �������������� ������� ����. ������� ���������� ���������� � ���������: ������ �������� ��� �������, �������� ��� � �������� ��������.

������� �������� ������ ��� ����� ���������� � ��������� ����������:

  • ������� ������;
  • ��������������� ������� � �������;
  • ����������;
  • ����������;
  • ������������ �������������� ������;
  • ����������� ������.

���������� �������������� ����� �� ����� �� �����. ������ ������� � ������ ��������� ����������� ��� ��������� �����������, ������� ������ �������� � 1000 ��� �������, ��� ������������ ���������.

������ ������������ �������������� ������

������� ������� ������������ �������������� ������� �� ����������� ����������� � ������������� ��� ����������� ������������ ����. � ������������ �������� ��������� ����������� ��� ������ ��������� � �������, � ��������� ������� ����� ����������.

������ ���� �������� ����� �������������� ������� ������� ��������� ���� �������� ����������� ��������� ������� � ��������. ��� ������������ �������������� ������ ����������� � ������ ������� � ������������ ������������� ������ �������� �����.

�������������� ������ ��������

������ �������� – ��� ������������� �������������� ������, ������� ��� � �� ��� ������. �� ������ ������� ����� ������� ���� ������, �� ������ ������� ����������� ������ ������� �������� ������ � ��������, ��� ���������� ���� �������.

���������� ��������� ������ ������� ��� �������� ����� ������ �������� �� ����� ���������������� 18 ����. ����������������� ���������� ��� ���������� ������� ����� ������ ��������� ������� ������� �������. ����� � ������������ �����������, �������� � 1788 ���� � ����� ������� �� ����� �� �������� ������������� ��������� ��� ����������� �������� ����������.

���������� ������, ������� ������� ���� ������� ��������� � 1822 ���� � ����� �����, ����� ������� �������� ����������� �� ������ �������. � ��� �� 1822 ����, ������ ��������� � �������� ������ ��������, ����� �� ������ �������, ������� ������������ �������������, �������� ���������.

������������ ����������, ��������� ���������� �������� � ������������ �������. ��������� ���������� � �������� ����� �������� � ������� ����������� � ����������.

���������, ������� ������ ������������� ������������ � �������� ��� �������������� ������, �� ���� ��������� ������ � ����������� ���������. ������� ������ ��� � �� ���� �������, � �������������� ������� � ������ ������� ������������. �� ���������� ����������, �������������� �������� ������� ��� � ����� 20 ����.

�������������� ������ �������

������ ���� ������� ����� � ����� ������������ �������� �������. ������� ���������� ��� �������� ����������� ������, ����� ���������� ��������� ������� �������� �������. � 1642 ���� ������� ������� ����������� ������� � ���������� ������ �������� ����������.

������� ������, ������� ������ ������ «���������», ������������ ����� ���� � ��������� ��������. ����� �������� ����� ��������� ����������� �����, � � ������� ����� � ����������� «�������», ������������ ��� ������� ����� ��������� �����.

�������������, ������ ����� ������� � �������� �������������� �����. � �������� ������������������, ������ �������� 8 ��������, ��� ��������� ����� ���������� ��� ����� ������� ����� � ������� ���������.

�������� �� �����, ������� �������� ������� ��� ����������� ������, ������� ������� ������ �������� �� �������. ��� ���� ������� � ������� ���������� ��������� � ����������� ������������.

���� ������ ������� �������� ���������� � ������, ����� �������� ��������� ����� ����� �����, ����� ���� ����� ������������� � ������������ � ���������� ������� ����� �� ����� ����. ������ �������, ���� ����� �� ������ ������� ���������� �������� ������������ �������������� �������.

������������� �������������� �����

��� �������������� ������ ����� ��������� �� ��� ���������� ������, �������� ������� ����������� � ������� ���������� ������ � �������� ���������.

  • ��� – �������� �������������� ������, ������� �������� ������� ��������� �� ������ � ������� ������, �������� � ���� ���� � �����, ����� ������ �������� ���������� ����� �������������� �������.
  • ��� – ���������� �������������� ������, ������� �������� ������� ����������� � ������ � ������� ����������� � �������� �������� (��, ��, ��.) ����� ����� �������� ����� �������������� ������ – �������� ������������� �������.
  • ��� – ��������� �������������� ������, ������� �������� ������� ������� �� ����������� ���������� ���������� ������ �������, ����� ��������� �������� ����� ������� � ���������, �� ����, ��������� � ���� ������ ��� � ���.

�������������� ���������, ������� � ����

� �������������� ����������, �������� � �����, ��������� ������ �������������� �������, ������� �������� � ����� ����������� � ������������ ������ ����������� ������� �� ������ �� ���������� ����������. ����� ������� �������� �������������� ���� – �������� ������������ ����. ��� �������, ����� ������ ������������ ����������� � ��������������, ��� ���������� ����������� ����������.

������������ �������������� ������

� ����������� ���� �������������� ������������ ������ – ��� �������� ������� � ������ ������������. ����� ���������������� ������ ������������ �������������� ����� �������� ������������� ��������.

� �������, � ������ ����������, ���� ������ ����������� ���� ���������� �������� � �� ��������. �������� �������� ����� � ���� ��������: ���������� � ��� � ������ � ����������. � ������ ������, ������ �������������� ������ – ��������������� ������������� �������� � ������������ ��������.

�������� �������������� ������

� �������� �������������� �������, �������� �������� ������������, ��������� ����������� ������������ ���������� ��������, ������� � ���� ������� ����� �������� ��������� �� ����� � ���� ��������� ��������.

����������� ��� ���������� �������� ��� �����������, ������������ �������� ���. ��� �������, ��� ���� ����� �������������� ��������� � �������, ����� ������������ ����� ����� ����������� «��������» ��� ���� �����.

���������� �������������� ������

������� �������� ���������� ������ �� �������� ��� ������������ �������� �������������� �������� �� ��������� ������. ��� ���� ���������� ����� ����� �� ����� �����-�� ������������, �������������� ��� ����������� ��������.

����� ����� ��������, �������� �������������� ������� ������� � ����������, ������� ��������� �������� ������ � ������� ������ ��������� � �������������� ������������� �������� ����������� ��������.

������������������� �������������� ������

������� ������ ������������������� �����, ���������� ������ � ��������� ������ ������������ �������� – ����. ������� ������������, ����� ������� ����������� ������������ ������������ �������� � ������������ ������������� ��� ��� ������ ����.

����� ��������� ����� ��������� ������ ���������� ������ �������� � ��������� ����� ���������� ����. � ��� ����� �������� ����������� ����� ������� � ���������� ������������������� ������� ����� ������ �������. �� �������� 7 ��� ����������, �� ������ ��������� ��������, ���� ������� ��� ������ – «���� 1» � «���� 2».

�� ����������� ������������ ���������� ������������������� ����� ������� � �������� ��-�� ��������� ����� ������������ ������������.

������� �������������� ������

�������� ������� �������������� ����� �������� ����� ������� �����������. ������ ������ ����� ���� ������ ����������� �� ������ �������� 20-�� ����. ������� �������������� ������ ��������� � ������ ���������, ������� �������� �������� ���� ����. ��� �������� ����� ����� �������� �� ������������� ���� 20 ����, � �� ��� ����������� �� ���������.

������� �������������� ������, ���������� �� ��������� ����� ��������, ���:

  • ��������;
  • ���������;
  • ���������;
  • �������.

���������� ��������� ������� �����, ����� ��������� � � ����� ������ �������. �� ����� ������� ������������� ������� �������������� ������ �� ������������ ��-�� ������� ���������� � ������� ��������� ������ � ������� ��������������.

������������� � ���������� �������������� �����

����������� �������������� ������, � 90% ������� �������� ������������� ������������, �� ������� ����������� ����������� ���������, ����������� ��������� ����������� ���������� ���������.

����� �������������� ���� ��������� ����� �������� ��������: «����», DNS, Meijin, «����», «�-���������» � ������.

�������� �������� �������� �������� Intel � Kingston. ��������� ������������ �������� ������� �������������� �������, ������� ��������� ������������ � �������� ������.

������� �������������� �������� �������� �������� Dell. �� ��������� ���� �������� � ���� �������� ����� 23% �������� ���������� ������� � ����������.

���������� �������������� ������� ���������� ������� �������� ����, ������������������ �� ������������ �����������. ����� ������ �������������� ����� ����� ������� �� ��������� ��� � ����� ��������. ��������� �� ���� �������� ����� ����������� ������������ �� ������ ������������. ����� ����������� ����� �������� ���� ��������� «���», «��������», «������».

������ � �������������� � ����������� �������������� ����� ����� ������ �� ��������� �������� �������.

������� ������ ���� ������:

��������� ���������

�������������������� ��������
���������������� �������

Источник: https://www.sviaz-expo.ru/ru/ui/17167/

Вычислительная машина

Механические вычислительные машины

Вычислительная машина, счётная машина — механизм, электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для автоматического выполнения математических операций. В последнее время, это понятие чаще всего ассоциируется с различными видами компьютерных систем. Тем не менее, вычислительные механизмы появились задолго до того, как заработал первый компьютер.

История вычислительных машин

Первым устройством, предназначенным для облегчения вычислений, стали счёты (абак). С помощью костяшек счетов можно было совершать операции сложения и вычитания и несложные умножения. Однако счеты совершенно непригодны для операций над нецелыми числами и не могут производить сложных операций. А потребности человечества в вычислениях все увеличивались.

Реконструкция римского абака

В 1642 г. французский математик Блез Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину «Паскалина», которая могла механически выполнять сложение чисел.

Паскалина

В 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр (калькулятор Лейбница), позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчёты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб.

Калькулятор Лейбница

Существовала и специальная профессия — счётчик (вычислитель) — человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по нескольку недель и месяцев.

Причина проста: при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

Еще в первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер. Бэббидж называл его аналитической машиной.

Именно Бэббидж впервые додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт – карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время уже широко применялись в ткацких станках).

Однако довести до конца эту работу Бэббидж не смог: она оказалась слишком сложной для техники того времени.

Аналитическая машина Бэббиджа

Первым реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрел машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые применил электричество для расчетов.В 40-х годах XX в. сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его идеи заново.

Первым из них был немецкий инженер Конрад Цузе, который в 1941 г. построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы.

Конрад Цузе и Z3

А в CШA в 1943 г. на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machines Corporation) американец Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием «Марк-1». Он уже проводил вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью арифмометра) и реально использовался для вое яых расчетов. В нем использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. «Марк-1» имел размеры 15×2,5 м и содержал 750 000 деталей, он мог перемножить два 23-разрядных числа за 4 с.

Говард Эйкен (нижний ряд, в центре) и Mark I

Однако электромеханические реле работают весьма медленно и недостаточно надёжно. Поэтому начиная с 1943 г. в США группа специалистов под руководством Джона Мокли и Преспера Эккерта начала конструировать компьютер ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». Но обнаружилось, что большую часть времени этот компьютер простаивал, ведь для задания метода расчётов (программы) в этом компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять всего лишь несколько минут или даже секунд.

Чтобы упростить и ускорить процесс задания программ, Мокли и Эккерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере.

Доклад был разослан многим ученым и стал широко известен, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования компьютеров, т. е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 г. Эккертом и Мокли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г.

Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2.25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп.

Внутреннее запоминающее устройство с ёмкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.

Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNIVAC-1 ее разработчики выдвинули идею автоматического программирования. Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи.

Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 1950-х годов было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники Д. Эккерта, «архитектура машины определяется памятью».

Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.

В 1951 г. Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине «Whirlwind-1» впервые была применена память на магнитных сердечниках.

Она представляла собой 2 куба 32 х 32 х 17 с сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.

Вскоре в разработку электронных компьютеров включается фирма IBM. В 1952 г.

она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов.

Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличался высокой скоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.

IBM 704

После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая, в архитектурном плане, приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода-вывода.В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке.

Изобретение их позволило создать новый тип памяти — дисковые запоминающие устройства (ЗУ), значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC. Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12 000 об./мин.

На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10 000 знаков каждая.Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC-1 фирма Remington-Rand в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже в компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания.

Сотрудники фирмы Rernington-Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code» (пррвый интерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Мокли). Кроме того, необходимо отметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то время капитана (в дальнейшем единственная в ВМФ женщина-адмирал) Грейс Хоппер, которая разработала первую программу-компилятор.

Кстати, термин «компилятор» впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г. Эта компилирующая программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме. Г. Хоппер принадлежит также авторство термина «баг» в применении к компьютерам.

Как-то через открытое окно в лабораторию залетел жук (по-английски — bug), который, сев на контакты, замкнул их, чем вызвал серьезную неисправность в работе машины. Обгоревший жук был подклеен в административный журнал, где фиксировались различные неисправности. Так был задокументирован первый баг в компьютерах.

Фирма IBM сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM 701 «Систему быстрого кодирования». В СССР А. А. Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957 г.

группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН.

Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.

Алексей Андреевич Ляпунов

В Великобритании в июле 1951 г. на конференции в Манчестерском университете М. Уилкс представил доклад «Наилучший метод конструирования автоматической машины», который стал пионерской работой по основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектирования устройств управления нашел широкое применение. Свою идею микропрограммирования М. Уилкс реализовал в 1957 г.

при создании машины EDSAC-2. М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом в 1951 г. написали первый учебник по программированию «Составление программ для электронных счетных машин».В 1956 г. фирма Ferranti выпустила ЭВМ «Pegasus», в которой впервые нашла воплощение концепция регистров общего назначения (РОН).

С появлением РОН было устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров-аккумуляторов.
Вначале микропроцессоры использовались в различных специализированных устройствах, например в калькуляторах. Но в 1974 г.

несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т. е. устройства, выполняющего те же функции, что и большой компьютер, но рассчитанного на одного пользователя. Вначале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый персональный компьютер «Альтаир-8800» на основе микропроцессора Intel-8080.

Этот компьютер продавался по цене около 500 долл. И хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом: в первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины.

Покупатели снабжали этот компьютер дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т. д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г.

Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало росту популярности персональных компьютеров.Успех «Альтаир-8800» заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров.

Персональные компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Появилось несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы практического значения.

Появились и коммерчески распространяемые программы, например программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (1978 г. и 1979 г. соответственно). Эти и многие другие программы сделали покупку персональных компьютеров весьма выгодной для бизнеса: с их помощью стало возможно выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т. д.

Использование же больших компьютеров для этих целей было слишком дорого.В конце 1970-х годов распространение персональных компьютеров даже привело к некоторому снижению спроса на большие компьютеры и мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM — ведущей компании по производству больших компьютеров, и в 1979 г.

фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание персонального компьютера всего лишь как мелкий эксперимент — что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования.

Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 мегабайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 килобайтами.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике, и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через пару лет компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.

IBM PC

Секрет популярности IBM PC в том, что фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъёмным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать спецификации этих частей и способы их соединения в секрете.

Напротив, принципы конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Этот подход, называемый принципом открытой архитектуры, обеспечил потрясающий успех компьютеру IBM PC, хотя и лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха. Вот как открытость архитектуры IBM PC повлияла на развитие персональных компьютеров.

Перспективность и популярность IBM PC сделала весьма привлекательным производство различных комплектующих и дополнительных устройств для IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению комплектующих и устройств.

Очень скоро многие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC.

Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки фирмы IBM на исследования и поддержание структуры громадной фирмы, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле (иногда в 2—3 раза) аналогичных компьютеров фирмы IBM.

Совместимые с IBM PC компьютеры вначале презрительно называли «клонами», но эта кличка не прижилась, так как многие фирмы-производители IBM PC-совместимых компьютеров стали реализовывать технические достижения быстрее, чем сама IBM.

Пользователи получили возможность самостоятельно модернизировать свои компьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен различных производителей.
Основой компьютеров будущего станут не кремниевые транзисторы, где передача информации осуществляется электронами, а оптические системы.

Носителем информации станут фотоны, так как они легче и быстрее электронов. В результате компьютер станет более дешевым и более компактным. Но самое главное, что оптоэлектронное вычисление гораздо быстрее, чем то, что применяется сегодня, поэтому компьютер будет намного производительнее.

ПК будет мал по размерам и иметь мощь современных суперкомпьютеров. ПК станет хранилищем информации, охватывающей все аспекты нашей повседневной жизни, он не будет привязан к электрическим сетям. Этот ПК будет защищен от воров благодаря биометрическому сканеру, который будет узнавать своего владельца по отпечатку пальца.

Основным способом общения с компьютером будет ой. Настольный компьютер превратится в «моноблок», вернее, в гигантский компьютерный экран — интерактивный фотонный дисплей. Клавиатура не понадобится, так как все действия можно будет совершать прикосновением пальца.

Но для тех, кто предпочитает клавиатуру, в любой момент на экране может быть создана виртуальная клавиатура и удалена тогда, когда в ней не будет нужды.

Компьютер станет операционной системой дома, и дом начнет реагировать на потребности хозяина, будет знать его предпочтения (приготовить кофе в 7 часов, запустить любимую музыку, записать нужную телепередачу, отрегулировать температуру и влажность и т. д.)

Жёсткий диск будет голографическим и чем-то быть похожим на CD-ROM или DVD.

То есть это будет прозрачная вращающаяся пластинка с записывающим лазером с одной стороны и считывающим лазером с другой; объём хранимой информации на таком диске будет достигать просто астрономических величин — несколько терабайт. При таких объемах можно будет хранить каждую мельчайшую деталь жизни.

Процессор ПК будущего будет функционировать по тем же принципам, что и сегодня. Но вместо электронных микропроцессоров, которые являются и мозгом, и мускулами современного компьютера, процессор будущего будет иметь опто-электронные интегральные схемы (чипы будут использовать кремний там, где требуется переключение, и оптику для коммуникаций).

Это даст огромный прирост в быстродействии и эффективности. Сегодняшний компьютер тратит слишком много времени на ожидание данных для обработки. Мгновенная оптическая связь и память, работающая так же быстро, как и процессор, обеспечат непрерывный поток данных процессору для обработки.

При передаче данных со скоростью, не ограниченной больше электронной передачей, можно будет достигнуть частот порядка 100 ГГц, то есть в 100 раз быстрее, чем сегодня.Процессор будущего может быть шестигранником, окруженным со всех сторон быстрым кэшем так, чтобы требуемые данные могли быть выбраны из ближайшей части кэша.

Именно таким образом и будет достигнута производительность сегодняшних супер-ЭВМ.

При применении оптической связи в компьютерных технологиях будет получен тот самый эффект, который наблюдали в 1980 г., когда компьютеры на базе 80286 имели память, работающую на частоте процессора.

Скорость шины памяти — та скорость, с которой происходит обмен данными между процессором и памятью, — была равна частоте процессора (всего 8 МГц). Процессор получал данные так же быстро, как мог их обработать, в результате процессор меньше находился в режиме ожидания данных.

Средний компьютер сегодня имеет процессор 1000 МГц и шину 133 МГц. Несмотря на различные технологические подвиги, процессор все еще тратит две трети времени на ожидание данных.Оптоэлектроника решит эту проблему.

При должным образом разработанной шине оптической памяти скорость выборки данных из памяти будет снова приравнена к частоте процессора.Конечно, это потребует более быстрой обработки данных в памяти и, соответственно, другой, более быстрой, архитектуры памяти, которая, к счастью, уже есть или в скором времени будет.

Большой кэш сверхбыстрой энергонезависимой магнитной RAM (память с произвольным доступом) будет содержать данные, срочно требующиеся процессору.Для нового быстрого кэша придется избавиться от неэффективности сегодняшней синхронной динамической памяти, нуждающейся в постоянном обновлении.

Неэффективность кэша сегодня такова, что две трети времени уходит на процессы обновления (таким образом, его реальная производительность в три раза меньше).Полупроводниковая технология будущего будет основана не на кремниевой памяти, а на магнитной памяти в молекулярном масштабе.

Так как мельчайшие элементы будут намагничены для представления нулей и размагничены для представления единиц, информация может быть легко и быстро обновлена простым электрическим сигналом. Весь процесс будет гораздо быстрее того, что мы имеем сегодня, и будет вполне реально удовлетворять требования процессора, работающего на частоте 100 ГГц.

Основная память компьютера будет вполне оптической, фактически голографической. Голографическая память имеет трехмерную природу, и можно эшелонировать любое количество плоскостей памяти в прямоугольное твердое тело. Объем чипа в 256 ГБ легко достижим.

Компьютер будущего будет практически независим от источников электропитания.

Одно из самых больших преимуществ фотонных цепей — крайне малое энергопотребление. Небольшая, но длинная, подобная стержню литиевая батарея, изогнутая в тороид и установленная в компьютер, будет функционировать пару недель. А подзарядить ее можно будет так же легко, как сегодня подзарядить сотовый телефон.

Размер экрана не будет играть никакой роли в компьютерах будущего. Он может быль большим, как ваш рабочий стол, или маленьким.

Большие варианты компьютерных экранов будут основаны на жидких кристаллах, возбуждаемых фотонным способом, которые будут иметь гораздо более низкое энергопотребление, чем сегодняшние LCD-мониторы.

Цвета будут яркими, а изображения — точными (возможны плазменные дисплеи). Фактически сегодняшняя концепция «разрешающей способности» будет в значительно степени атрофирована.

© greenmileИсточники:

Www.Bibliotekar.Ru.

В начало

Источник: https://evmhistory.ru/history/computer.html

ВЫЧИСЛИ́ТЕЛЬНАЯ МАШИ́НА

Механические вычислительные машины

Авторы: В. В. Шилов, А. В. Ермолович (2015)

ВЫЧИСЛИ́ТЕЛЬНАЯ МАШИ́НА, устройство или комплекс устройств, предназначенных для механизации и автоматизации процесса обработки информации (вычислений). По способу представления обрабатываемой информации В. м. делят на машины непрерывного действия – аналоговые В. м. (АВМ) и машины дискретного действия – цифровые В. м. (ЦВМ).

В АВМ информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физич. величинами (угол поворота вала, сила электрич. тока, напряжение и т. п.). С распространением электронных В. м. (ЭВМ) роль аналоговых машины постепенно уменьшалась (см. Аналоговая вычислительная машина). В ЦВМ информация представлена в виде набора дискретных значений (чисел) к.-л. физич. величины.

Решение задачи в ЦВМ сводится к последовательному выполнению операций над числами, которые представлены совокупностью элементов, каждый из которых может принимать ряд устойчивых состояний, соответствующих определённой цифре числа (число этих состояний определяется системой счисления, которая принята в данной ЦВМ).

По применяемой элементной базе ЦВМ делят на домеханические, механические, электромеханические (релейные), электронные.

Домеханические В. м. Человек с древнейших времён применял пальцевый счёт, счёт с помощью зарубок и разл. предметов (камешков, зёрен и др.), узелковый счёт. В сер. 1-го тыс. до н. э.

появился первый цифровой счётный прибор – абак (Древняя Греция), который (в форме счёта на линиях с помощью жетонов) применялся для арифметич. вычислений в Зап. Европе до 18 в. Аналоги абака существовали и в др. странах: в Китае – суанпань, в Японии – соробан, в России – счёты.

В 1617 появилось описание первого немеханич. вычислит. устройства, которое получило назв. «счётные палочки Непера». Оно состояло из тонких пластин или брусков, на которые особым образом записывалась таблица умножения. Простые манипуляции с брусками позволяли умножать и делить большие числа.

Основанные на том же принципе устройства предлагались позднее в России (бруски Иоффе, 1881), во Франции (бруски Женая-Люка, 1885) и др.

Механические В. м. Первые механич. ЦВМ, предназначенные для выполнения арифметич. операций, изобретены в 17 в. Их появление в значит. степени явилось следствием общефилософской установки того времени, согласно которой в основе устройства мироздания лежат законы механики. Поэтому механич. В. м.

должны были показать, что умственная деятельность человека также (хотя бы отчасти) может быть механизирована. Механич. В. м. были созданы В. Шиккардом (1623, Германия, не сохр.), Б. Паскалем (1642) и Г. В. Лейбницем (1672). В 18 в. Дж. Полени (1709, Италия), Ф. М. Ган (1774, Германия), Ч. Стенхоуп (1775) и др. реализовали разл. проекты В. м.

Однако малая надёжность и высокая стоимость препятствовали их распространению.

В 1821 в Париже Ш. К. Тома де Кольмар организовал первое мелкосерийное произ-во арифмометров, конструкция которых продолжала совершенствоваться почти до сер. 20 в. К нач. 20 в. номенклатура выпускаемых В. м. была уже достаточно велика, кроме арифмометров большим спросом пользовались и др. механич. В. м., напр.

простые и дешёвые карманные сумматоры Куммера (Россия, 1846), Ч. Г. Вебба (США, 1868). Подобные устройства выпускались в разных странах вплоть до 1970. В 1884 амер. фирма NCR наладила произ-во кассовых аппаратов, которые надолго стали самым массовым видом В. м.

Все эти машины применялись для решения достаточно простых задач с ограниченным объёмом вычислений. Другой вид В. м. – специализированный. Разностные машины предназначались для табулирования функций, аппроксимированных полиномом $n$-й степени (где $n=1, 2, 3…$). Первым проектом такой В. м. была разностная машина Ч.

Бэббиджа (1821–33, не закончена). Созданные позднее разностные машины П. и Г. Шейцев (Шейцев; 1853, Швеция) и М. Виберга (1863, Швеция) применялись для расчёта математич. таблиц и были первыми В. м., снабжёнными устройством для печати результатов. Они стали первыми В. м.

, которые выполняли достаточно длинную последовательность арифметич. операций автоматически. Известны также разностные машины Дж. Гранта (1876, США) и К. Гамана (1909, Германия).

Идея создания универсальной ЦВМ принадлежит Ч. Бэббиджу. В 1834 он начал работу над проектом аналитич. машины, первой В. м. с программным управлением. Её конструкция, предвосхитившая структуру совр. компьютеров, включала арифметич. устройство, устройство для хранения чисел, печатающее устройство. Вычисления должны были производиться спец.

устройством в соответствии с программой, записанной на перфокартах. Леди Ада Лавлейс, написавшая неск. программ для аналитич. машины, признана первым в мире программистом. Хотя проект Бэббиджа не был реализован, он послужил толчком к разработке др. аналитич. машин, в т. ч. механической – П. Ладгейта (1909, Великобритания, не построена) и электромеханической – Л.

Торрес-и-Кеведо (Испания, 1914).

Электромеханические В. м. К кон. 19 в. сложился достаточно широкий круг задач (экономич., статистич., научно-технич.), требующих большого объёма вычислений. В 1889 Г. Холлерит создал счётно-перфорационные машины (СПМ), первоначально предназначавшиеся для обработки статистич. информации.

Исходные данные (вручную с помощью перфоратора) переносились на перфокарты. Набор подготовленных перфокарт вводился в табулятор, который в автоматич. режиме считывал данные и выполнял необходимые вычислит. операции. Порядок выполнения операций задавался установкой электрич. связей на коммутационной доске.

Промежуточные результаты записывались в запоминающие регистры, окончат. результаты печатались или выводились на перфокарты. Счётно-перфорационные машины содержали арифметич. устройство, память (колода перфокарт и регистры для запоминания промежуточных результатов), устройства ввода (с перфокарт) и вывода данных, т. е.

включали все элементы архитектуры автоматич. ЦВМ. К 1930 СПМ занимали доминирующее положение в области обработки больших массивов числовых данных, однако выполнение арифметич. операций механич. способом ограничивало их производительность. В СПМ, как и в механич. В. м.

, использовалась десятичная система счисления, исключением было только множительное устройство Т. Фаулера (1844, Великобритания), работавшее в уравновешенной троичной системе.

Первую попытку применить электромагнитное реле для построения ЦВМ предпринял А. Маркванд (США) в 1885, разработавший проект релейной логической В. м. (не был реализован). В нач. 1930-х гг., когда в системах телефонной связи уже широко применялись электромагнитные реле, было построено неск. специализир. релейных В. м. Вслед за ними – универсальные релейные В. м.

с программным управлением: двоичная машины Z-3 К. Цузе (1941), серия релейных машин Дж. Стибица (1940–46, США), десятичная машина Mark I Г. Айкена (1944). Их продолжали строить вплоть до кон. 1950-х гг. в ФРГ (К. Цузе), СССР (РВМ-I Н. И. Бессонова, 1957) и др. странах. Однако электромеханич. В. м. уже не могли обеспечить требуемую вычислит. мощность, и дальнейшее развитие В. м.

определила электронная техника.

Электронные В. м. Элементной базой ЭВМ первого поколения (1945–55) были вакуумные электронные лампы. До 1930-х гг. электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались гл. обр. в радиотехнике, но в 1931 англ. физик Ч.

Уинн-Уильямс разработал первые счётчики импульсов (для устройств, регистрирующих заряженные частицы) на тиратронах, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. В 1939–42 Дж. В. Атанасов и К. Берри (США) построили специализир. цифровую электронную В. м., работавшую в двоичной системе счисления и предназначенную для решения систем линейных алгебраич. уравнений.

Специализир. электронная В. м. Colossus для расшифровки секретных немецких радиограмм создана в Великобритании в 1943. Первая универсальная ЭВМ ENIAC (1946, США, Дж. У. Мокли, Дж. П. Эккерт) выполняла 300 операций умножения (или 5000 операций сложения) многоразрядных чисел в секунду. Машина имела огромные размеры и весила 30 т, потребляемая мощность составляла ок.

160 кВт, в электронной схеме было задействовано до 18 000 электронных ламп 16 осн. типов. Большое внимание приходилось уделять системе охлаждения, т. к. лампы выделяли много тепла. Опыт работы над ENIAC позволил Дж. фон Нейману определить общие требования к конфигурации В. м., а именно: ЭВМ должна состоять из арифметич.

устройства, устройства управления, устройства ввода-вывода и памяти. Он также сформулировал требования, которым должна удовлетворять универсальная В. м. (т. н. принципы фон Неймана), важнейшими из которых являлись хранение машиной программы в запоминающем устройстве (памяти) и программное управление работой В. м.

Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой – EDSAC (Великобритания, 1949, М. Уилкс), в России – МЭСМ (малая электронная счётная машина, 1950, под рук. акад. С. А. Лебедева). К первому поколению ЭВМ относят также EDVAC (Мокли и Эккерт, 1952), SEAC (1950), SWAC (1950), Whirlwind (1951), М-2 (И. С. Брук, 1952) и др.

Особое место среди них занимает первая и единственная в мире с троичной системой счисления ЭВМ «Сетунь» (Н. П. Брусенцов, 1958). В ЭВМ первого поколения первоначально использовалась память на основе ртутных линий задержки и электронно-лучевых трубок, позднее – память на магнитных сердечниках и накопители на магнитных лентах; процессоры выполняли как вычислит.

операции, так и операции ввода-вывода, пересылки данных между запоминающими устройствами и др., что значительно снижало производительность ЭВМ. Программы для них писали на языке низкого уровня, средства автоматизации программирования практически отсутствовали. Эти машины отличались невысокой надёжностью, потребляли большое количество электроэнергии и имели значит. габариты.

В машинах второго поколения (1955–65) электронные лампы были заменены полупроводниковыми диодами и триодами (транзисторы). Новая технология позволила повысить надёжность и производительность ЭВМ, значительно уменьшить её габариты и энергопотребление. Первая бортовая ЭВМ на полупроводниковой элементной базе (для межконтинентальной баллистич.

ракеты ATLAS) создана в 1955 в США. Наряду с памятью на магнитных сердечниках стали использовать накопители на магнитных дисках. В состав ЭВМ были включены процессоры ввода-вывода, позволявшие увеличить производительность за счёт совмещения операций ввода-вывода с вычислениями в центр. процессоре.

Появились языки программирования высокого уровня (фортран, алгол-60, кобол, лисп и др.), а также компиляторы с них, что значительно повысило эффективность программирования. Этой же цели служили наборы библиотечных программ. Процессы управления решением задач и распределения ресурсов ЭВМ были возложены на спец.

служебные программы, ставшие ядром будущих операционных систем (ОС). Наиболее известными ЭВМ второго поколения стали Stretch (1961), Atlas (Т. Килберн, 1962), Burroughs B-5000 (1961), CDC 6600 (С. Крей, 1964). В СССР серийное произ-во транзисторных ЭВМ началось в 1961 (Раздан-2), лучшей отеч. В. м. этого поколения была БЭСМ-6 (С. А.

Лебедев, 1965–67), в которой нашёл воплощение целый ряд прогрессивных архит. решений, во многом предвосхитивших архит. особенности машин третьего поколения.

ЭВМ третьего поколения (1965–80) выполнялись на интегральных схемах, содержавших в одном модуле десятки транзисторов, резисторов и диодов, благодаря чему уменьшились габариты, снизилась потребляемая мощность, увеличилась производительность и надёжность В. м.

Впервые стали производиться относительно недорогие мини-ЭВМ (PDP-8, 1965; ряд машин PDP-11, 1970; Vax-11/780, 1978), которые нашли применение как при решении вычислит. задач, так и в разл. системах управления.

Самыми известными большими ЭВМ этого поколения стали программно совместимые машины семейства IBM-360 (1964) и IBM-370 (1970) Дж. Амдала. Данная серия оказала большое влияние на дальнейшее развитие ЭВМ общего назначения во всём мире. Их аналогом в России были В. м.

серии ЕС ЭВМ (1971, Единая система ЭВМ стран социалистич. содружества). Отличит. особенность ЭВМ третьего поколения – наличие развитых ОС, обеспечивающих совместное использование ресурса ЭВМ несколькими пользователями.

Конструктивно-технологич. основой четвёртого поколения ЭВМ (ок. 1980) стали большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), в которых на одной плате размещались десятки и сотни тысяч, а затем миллионы транзисторов. На рубеже 1970-х гг. создан процессор на одном кристалле (чипе). Первый микропроцессор Intel 4004 (1971, США) содержал 2250 элементов.

Микропроцессор Intel 8080 (1974), ставший стандартом микрокомпьютерной технологии своего времени, содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых персональных компьютеров (ПК).

В 1979 (США) выпускается один из самых мощных и универсальных микропроцессоров – 16/32-битный (16-разрядная внешняя шина данных, 32-разрядные архитектурные регистры, 24-разрядная шина адреса) микропроцессор Motorola 68 000 c 70 000 элементами, ставший основой линеек множества производителей ПК (Apple, Amiga, Atari) и рабочих станций под управлением UNIX (NeXT, Sun, Apollo).

Массовый выпуск ПК полностью изменил всю структуру рынка В. м. и открыл новые горизонты их применения. Наряду с ПК большое распространение получили встроенные и мобильные вычислит. устройства на основе простых микропроцессоров, которые, напр., применяются в разнообразных бытовых приборах (телевизоры, фотоаппараты, мобильные телефоны и др.).

В последнее время всё большее значение приобретают компактные персональные мобильные устройства, такие как планшеты и смартфоны, возможности и вычислительная мощность которых уже не уступают многим их современникам из ПК начального уровня. Тем не менее создание мощных многопроцессорных вычислит. систем с высокой производительностью остаётся важнейшим направлением развития В. м., т. к.

сохраняется тенденция к расширению круга задач, требующих высокоскоростной обработки больших объёмов данных. Предполагается, что переход к В. м. пятого поколения будет определяться в первую очередь развитием интеллектуального человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов) и логич. программирования для создания баз знаний и систем искусств. интеллекта.

При этом возможность создания компьютеров, производительность которых на много порядков превышала бы возможности совр. В. м., часто связывается с использованием иных физич. принципов их работы (оптич. компьютеры, квантовые компьютеры и др.). См. также Вычислительная техника, Электронная вычислительная машина.

Источник: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/3475416

Поколения вычислительной техники

Механические вычислительные машины

ТОЭЭ   история вычислительной техники   ИСиТК РиЭКТ ВСТ КС

Первые механические вычислительные устройства возникли в древности. Несколько тысячелетий назад в Древнем Египте, затем в Древней Греции и Древнем Риме использовались механические счеты. Это были счеты типа абак передвигающимися костяшками. Еще во времена Гука и Декарта были построены сложные механические вычислители лунных приливов. В 1823 году Бэббиджем было начато строительство настоящей вычислительной машины с изменяемыми программами. Их первой программисткой была графиня Лавлейс (Августа Ада Кинг, урожденная Байрон, дочь известного поэта).В 1832 году С. Н. Корсаковым были предложены разработанные им различные вычислительные (“интеллектуальные”) машины, совершающие сложные логические операции, позволявшие находить решения по заданным условиям, например, определять наиболее подходящие лекарства по наблюдаемым у пациента симптомам заболевания. Последним широко известным механическим вычислительным устройством был арифмометр “Феликс”.
Первые электромеханические коммутационные и сетевые устройства были изготовлены на базе электромагнитных реле еще в XIX веке. Они использовались в телеграфии, которая опутала Земной шар линиями передачи двоичной информации в азбуке Морзе. В начале ХХ века появились электромеханические логические устройства автоматических агрегатов, устройства сетевого управления. Это были всевозможные программируемые и непрограммируемые автоматы, шаговые искатели и пр. Они получили развитие в телеграфных и телефонных станциях и сетях, релейных систем управления на транспорте, энергетике и технологических цепях.

В 1889 году немец, живший в США, Герман Холлерит сконструировал перфокарточное устройство для решения статистических задач и основал фирму по производству вычислительных машин, которая с 1915 года стала называться IBM – International Business Machines (Международные Деловые Машины), так как располагалась не только в США, но и Германии.

Перфокарта Германа Холерита, прослужившая в вычислительных машинах сто лет – с 1889 по 1989.
Табулятор IBM, 1937 г., применявшийся для механизации статистического дела во многих странах, в том числе и СССР

В отличие от идеи Бэббиджа, хранить на перфокартах инструкции, Холлерит использовал перфокарты для хранения данных. Кроме того, для работы перфокарточного устройства использовалось электричество. Цифры на перфокарте изображались одинарными отверстиями, а буквы алфавита – двойными.

Специальный электрический прибор опознавал отверстия на перфокартах и посылал сигналы в обрабатывающее устройство. Вычислительная машина Холлерита оказалась по тем временам очень быстрым устройством обработки данных, а перфокарты – удобным способом хранения данных.

Машина Холлерита была использована для обработки результатов переписи населения США. Обработка результатов предыдущей переписи 1880 года заняла около 10 лет. За это время успело вырасти новое поколение американцев. С помощью машины Холлерита те же данные были обработаны всего за шесть недель.

В 1896 году Холлерит основал компанию по производству перфорирующих устройств – Tabulating Machine Company, которая в XX веке превратилась в знаменитую корпорацию по производству компьютеров – IBM

Кроме механических и электромеханических вычислительных машин появились также аналоговые вычислительные машины, в которых обработка информации происходила с помощью специально подобранного физического процесса, моделирующего вычисляемую закономерность. Простейшей аналоговой вычислительной машиной являются часы.

Первыми аналоговыми машинами были устройства, в которых главными элементами были интегрирующие и дифференцирующие устройства, позволяющие мгновенно вычислять интеграл и производную заданной функции, отслеживая ее изменение во времени.

Полезным свойством аналоговой вычислительной машины является практически мгновенное получение решения после задания необходимых параметров задачи установления моделирующего физического процесса.

Однако круг задач, которые может решать аналоговая машина, ограничен теми физическими процессами, которые она в состоянии моделировать. Кроме того, точность решения аналоговой машины часто недостаточна для определенного круга задач, а повышение точности связано со значительным ростом стоимости вычислений.

С другой стороны, механические и электромеханические вычислительные машины, предназначенные для решения сложных задач, требуют наличия огромного количества элементов для представления чисел и связей между ними, что существенно усложняет их работу.

Первое поколение ЭВМ 1938 – 1956 годы

Вычислительная машина Z3 Конрада Цузе

С началом второй мировой войны правительства разных стран начали разрабатывать вычислительные машины, осознавая их стратегическую роль в ведении войны. Увеличение финансирования в значительной степени стимулировало развитие вычислительной техники.

В 1930-е годы германские ученые и инженеры разработали принципы построения электронныех вычислительных машин на основе уже работавших в те времена табуляторов Холлерита и механических арифмометров.

В 1938 году была запущена первая в мире электронная вычислительная машина Z1, созданная под руководством немецкого инженера Конрада Цузе, а в следующем, 1941 году – значительно усовершенствованная модель Z2, выполнявшая расчеты, необходимые при проектировании самолетов и баллистических ракет Вернера фон Брауна, а также использовавшаяся для вычисления критической массы ядерной реакции распада смеси урана 238 и 235, обогащением которой занималась германская промышленность в те годы, создавая в Лейпциге, Хайгерлохе и Потсдаме первые в мире атомные реакторы на уране.

В 1943 году английские инженеры завершили создание вычислительной машины для дешифровки сообщений немецкой армии, названной “Колосс”. Однако эти устройства не были универсальными вычислительными машинами, они предназначались для решения конкретных задач.

В 1944 году, получив данные о немецких разработках через разведку, американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы IBM сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчетов. Этот компьютер, названный “Марк I”, по площади занимал примерно половину футбольного поля и включал более 600 километров кабеля.

В компьютере “Марк I” использовался принцип электромеханического реле, заключающийся в том, что электромагнитные сигналы перемещали механические части. “Марк I” был довольно медленной машиной: для того чтобы произвести одно вычисление требовалось 3-5 с. Однако, несмотря на огромные размеры и медлительность. “Марк I” управлялся с помощью программы, которая вводилась с перфоленты.

Это дало возможность, меняя вводимую программу, решать довольно широкий класс математических задач. В 1946 году американские ученые Джон Мокли и Дж. Преспер Эккерт сконструировали электронный вычислительный интегратор и калькулятор (ЭНИАК) – компьютер, в котором электромеханические реле были заменены на электронные вакуумные лампы.

Применение вакуумных ламп позволило увеличить скорость работы ЭНИАК в 1000 раз по сравнению с “Марк I”. ЭНИАК состоял из 18000 вакуумных ламп, 70000 резисторов, 5 миллионов соединительных спаек и потреблял 160 кВт электрической энергии, что по тем временам было достаточно для освещения большого города.

ЭНИАК использовался для расчета баллистических таблиц, расчетов в области атомной энергетики (то есть повторением того, что делали немцы), аэродинамики.

Ранние вычислительные машины могли выполнять только команды, поступающие извне, причем команды выполнялись поочередно.

Хотя использование перфокарт позволяло упростить процесс ввода команд, тем не менее, часто процесс настройки вычислительной машины и ввода команд занимал больше времени, чем собственно решение поставленной задачи.

Сегодня среди несведущей толпы распространяется миф о том, что американец еврейского происхождения Янош Нейман (называющий себя “Фон Нейман”) предложил включить в состав компьютера для хранения последовательности команд и данных специальное устройство – память.

Это опровергается реальной историей, которая свидетельствует о том, что принципы последовательной обработки данных и их хранения в “памяти” вычислительной машины бвли разработаны и внедрены германскими специалистами в 1930-х – 1940 году.

Первая статья Джона фон Неймана, посвященная способам организации вычислительного процесса, была опубликована в 1946 году, пять лет спустя запуска германской ЭВМ Z2. В действительности архитектура ЭВМ постоянно изменялась и дополнялась, но исходные принципы управления работой компьютера с помощью хранящихся в памяти программ, впервые разработанные и внедренные германскими инженерами, остались нетронутыми, Подавляющее большинство современных компьютеров построено именно по такой последовательной архитектуре. В 1945 году в рамках спецоперации спецслужб США были захвачены и вывезены в США сотни специалистов в области физики, химического производства, вычислительных машин, которыми были укреплены американские НИИ, КБ и производства, в том числе и фирма IBM, являвшаяся главным производителем механической вычислительной техники в США еще до начала XX века.

В 1951 году был создан первый компьютер, предназначенный для коммерческого использования, – УНИАК (универсальный автоматический компьютер). В 1952 году с помощью УНИАК был предсказан результат выборов президента США. Работы по созданию вычислительных машин велись и в СССР.

Так, в 1950 году в Институте электроники Академии наук Украины под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и введена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счетная машина). МЭСМ стала первой отечественной универсальной ламповой вычислительной машиной в СССР.

В 1952-1953 годах МЭСМ оставалась самой быстродействующей (50 операций в секунду) вычислительной машиной в Европе. Принципы построения МЭСМ были разработаны С. А. Лебедевым независимо от аналогичных работ на Западе. В компьютерах первого поколения использовался машинный язык – способ записи программ, допускающий их непосредственное исполнение на компьютере.

Программа на машинном языке представляет собой последовательность машинных команд, допустимых для данного компьютера. Процессор непосредственно воспринимает и выполняет команды, выраженные в виде двоичных кодов. Для каждого компьютера существовал свой собственный машинный язык. Это также ограничивало область применения компьютеров первого поколения.

Появление первого поколения компьютеров стало возможно благодаря трем техническим новшествам: электронным вакуумным лампам, цифровому кодированию информации и созданию устройств памяти на электростатических трубках. Компьютеры первого поколения имели невысокую производительность: до нескольких тысяч операций в секунду.

В компьютерах первого поколения использовалась архитектура фон Неймана. Средства программирования и программного обеспечение еще не были развиты, использовался низкоуровневый машинный язык. Область применения компьютеров была ограничена.

Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала.

В оперативных запоминающих устройствах использовались магнитные барабаны, акустические ультразвуковые ртутные и электромагнитные линии задержки, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы.

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестко ориентированы на конкретную модель машины и “умирали” вместе с этими моделями.

В середине 1950-х годов появились машинно-ориентированные языки типа языков символического кодирования (ЯСК), позволявшие вместо двоичной записи команд и адресов использовать их сокращенную словесную (буквенную) запись и десятичные числа. В 1956 году был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач – язык Фортран, а в 1958 году – универсальный язык программирования Алгол.

ЭВМ, начиная от UNIVAC и заканчивая БЭСМ-2 и первыми моделями ЭВМ “Минск” и “Урал”, относятся к первому поколению вычислительных машин.

Второе поколение ЭВМ: 1960-1970-е годы

Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались схемы с печатным монтажом (платы из фольгированного гетинакса).

Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число разнообразных внешних устройств, что обеспечивает большую гибкость использования компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.

Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках1 и на флоппи-дисках – промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров – IBM 2250. Это был монохромный дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселов. Он имел частоту кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ более высокой производительности, а главное – надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок, встроенные схемы контроля.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году.

В начале 60-х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР.

Третье поколение ЭВМ: 1970-1980-е годы

В 1959 году Джек Килби представил технологию изготовления гибридных интегральных схем.

В 1960 году Роберт Нойс запатентовал технологию изготовления монолитных кремниевых интегральных схем, в которых на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов.

Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (Small Scale Integrated circuits – SSI). А уже в конце 60-х годов интегральные схемы стали применяться в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ 3-го поколения уже полностью строились на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания (единицы вольт) и потребляемая машиной мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса.

В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители.

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя широко известный закон Мура. Один из основателей компании Intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP 1). В Советском Союзе в содружестве со странами Совета Экономической Взаимопомощи (Польша, Венгрия, Болгария, ГДР и др1.) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению общения оператора с машиной.

Это обеспечивается мощными операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения.

Появилось и эффективное видеотерминальное устройство общения оператора с машиной – видеомонитор, или дисплей.

Большое внимание уделено повышению надежности и достоверности функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания. Достоверность и надежность обеспечиваются повсеместным использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (корректирующие коды Хеммин-га и циклические коды).

Модульная организация вычислительных машин и модульное построение их операционных систем создали широкие возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с этим возникло новое понятие “архитектура” вычислительной системы, определяющее логическую организацию этой системы с точки зрения пользователя и программиста.

Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration – LSI и Very Large Scale Integration – VLSI), микропроцессора (1969 г.) и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали создаваться на основе униполярных полевых CMOS-транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, и тем самым позволяющими реализовать более прогрессивные нанотехнологии (в те годы – масштаба единиц микрон).

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS-транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Первый персональный компьютер создали в апреле 1976 года два друга, Стив Джобе (1955 г. р.) – сотрудник фирмы Atari, и Стефан Возняк (1950 г. р.), работавший на фирме Hewlett-Packard.

На базе интегрального 8-битного контроллера жестко запаянной схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном гараже, они сделали простенький программируемый на языке Бейсик игровой компьютер “Apple”, имевший бешеный успех.

В начале 1977 года была зарегистрирована Apple Сотр., и началось производство первого в мире персонального компьютера Apple.

Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом:Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы.Компьютеры с многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективныесетевые компьютерные системы

.

Шестое и последующие поколения ЭВМ: 2011 и далее..

Электронные и оптоэлектронные многоядерные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем, распознающие сложные образы.

ТОЭЭ   история вычислительной техники   ИСиТК РиЭКТ ВСТ КС

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса – это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.

Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд.

При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды.

Однако в дело вступает явление “усталости света”, открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы “устают”, отдают свою энергию межзвездной среде.

На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира

Источник: http://bourabai.ru/toe/computer_generations.htm

О том как устроено it. пост 1. механические вычислительные устройства

Механические вычислительные машины

Итак, пилот нашел своего читателя поэтому продолжаем. В этом посте расскажу про различные механический вычислительные  устройства.

Самое древнее известное механическое устройство – Антикитерский механизм. Поднятое в 1901 году с древнего судна.

Остатки судна и его груз обнаружены греческим водолазом 4 апреля 1900 года недалеко от греческого острова Антикитера. Механизм датируется приблизительно 100 годом до н. э.

, по другим источникам 150 года до н. э. или 205 года до н. э. Хранится в Национальном археологическом музее в Афинах.

Антикитерский механизм (Фрагмент A — спереди)

Антикитерский механизм (Фрагмент A — сзади)

Механизм содержал не менее 30 бронзовых шестерён в прямоугольном деревянном корпусе, на бронзовых передней и задней панелях которого были размещены циферблаты со стрелками. Две прямоугольные бронзовые защитные пластины прикрывали переднюю и заднюю панель. Ориентировочные размеры в сборе 31,5×17×6 см.

Механизм использовался для расчёта движения небесных тел и позволял узнать дату 42 астрономических событий; для вычисления лунных фаз использовалась дифференциальная передача, изобретение которой исследователи долгое время относили не ранее чем к XVI веку.

Впрочем, с уходом античности навыки создания таких устройств были позабыты; потребовалось около полутора тысяч лет, чтобы люди вновь научились создавать похожие по сложности механизмы. С помощью специально разработанной компьютерной программы определено что устройство было сделано в полосе северной широты 33,3-37. Oстров Родос (36,4 с.ш.) и Сиракузы (37,1 с.

ш.) часто предлагаются в качестве мест, где изготовлен или применялся антикитерский механизм.

Устройства, аналогичные антикитерскому механизму, упоминаются более чем в дюжине литературных произведений, которые написаны с 300 года до н. э. по 500 год н. э.

Первые исследования механизма проводились с 1902 по 1910 и с 1925 по 1930 годы. Уже в ходе первых осмотров прибора стало ясно, что астролябия, как некоторые изначально называли этот сложный прибор, была гораздо более продвинутой, чем любые известные астролябии.

Редиадис, Радос и Теофанидис (все — греческие военно-морские офицеры и адмиралы) написали ряд статей на эту тему с 1903 по 1930 годы. Теофанидис сконструировал первую бронзовую модель астрономических часов, которые показывали некоторые из планет.

Но более серьёзные результаты были получены с помощью рентгеновских исследований Прайсом в 1951—1978 годах.

В 1623 году Вильгельм Шиккард изобрел «Считающие часы» — первый арифмометр, умевший выполнять четыре арифметических действия.

Считающими часами устройство было названо потому, что, как и в настоящих часах, работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок.

Это изобретение нашло практическое использование в руках друга Шиккарда, философа и астронома Иоганна Кеплера.

За

За Считающими часами последовали машины Блеза Паскаля («Паскалина», 1642 г.) и Готфрида Вильгельма Лейбница — арифмометр Лейбница.

Суммирующая машина Паскаля. Француз Блез Паскаль начал создавать суммирующую машину «Паскалину» в 1642 году в возрасте 19 лет, наблюдая за работой своего отца, который был сборщиком налогов и часто выполнял долгие и утомительные расчёты.

Машина Паскаля представляла собой механическое устройство в виде ящичка с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками.

Складываемые числа вводились в машину при помощи соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждое из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду числа, были нанесены деления от 0 до 9.

При вводе числа колесики прокручивались до соответствующей цифры. Совершив полный оборот, избыток над цифрой 9 колёсико переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на 1 позицию.

Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.

Несмотря на преимущества автоматических вычислений, использование десятичной машины для финансовых расчётов в рамках действовавшей в то время во Франции денежной системы было затруднительным. Расчёты велись в ливрах, су и денье. В ливре насчитывалось 20 су, в су — 12 денье.

Использование десятичной системы в недесятичных финансовых расчётах усложняло и без того нелёгкий процесс вычислений. Тем не менее примерно за 10 лет Паскаль построил около 50 и даже сумел продать около дюжины вариантов своей машины.

Несмотря на вызываемый ею всеобщий восторг, машина не принесла богатства своему создателю. Сложность и высокая стоимость машины в сочетании с небольшими вычислительными способностями служили препятствием её широкому распространению.

Тем не менее, заложенный в основу «Паскалины» принцип связанных колёс почти на три столетия стал основой для большинства создаваемых вычислительных устройств.

Схему подобного арифмометру механизма нарисовал Леонардо да Винчи. Это устройство датируется 1500 годом и представляет собой 13-разрядную суммирующую машину на десятизубых колёсах. Однако в своё время идеи Леонардо никакого распространения не получили.

Арифмометр Лейбница. Идея создания машины, выполняющей вычисления, появилась у выдающегося немецкого математика и философа Готфрида Вильгельма Лейбница после его знакомства с голландским математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом.

Огромное количество вычислений, которое приходилось делать астроному, навело Лейбница на мысль о создании механического устройства, которое могло бы облегчить такие расчёты («Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины»).

Арифмометр был создан Лейбницем в 1673 году. Сложение чисел выполнялось в десятичной системе счисления при помощи связанных друг с другом колёс, так же как на вычислительной машине  Блеза Паскаля.

Добавленная в конструкцию движущаяся часть и специальная рукоятка, позволявшая крутить ступенчатое колесо (в последующих вариантах машины — цилиндры), позволяли ускорить повторяющиеся операции сложения, при помощи которых выполнялось деление и перемножение чисел.

Необходимое число повторных сложений выполнялось автоматически.

Копия арифмометра Лейбница в Немецком музее.

Были построены два прототипа, до сегодняшнего дня только один сохранился в Национальной библиотеке Нижней Саксонии в Ганновере, Германия. Несколько поздних копий находятся в музеях Германии, например, один в Немецком музее в Мюнхене.

Несмотря на недостатки арифмометра Лейбница, он дал изобретателям арифмометров новые возможности. Привод, изобретённый Лейбницем — шагающий цилиндр или колесо Лейбница — использовался во многих вычислительных машинах на протяжении 300 лет, до 1970-х годов.

Лейбниц также описал двоичную систему счисления — один из ключевых принципов построения всех современных компьютеров. Однако, вплоть до 1940-х многие последующие разработки были основаны на более сложной в реализации десятичной системе.

В 1820 году Шарль Ксавье Тома де Кольмар создал первое серийно выпускавшееся механическое счётное устройство — арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. В основном, он был основан на работе Лейбница.

В 1845 году Израиль Штаффель представил счётную машину, которая кроме четырёх арифметических действий могла извлекать квадратные корни. Арифмометры, считающие десятичные числа, использовались до 1970-х.

Вычислительная машина Штаффеля. Ни один экземпляр машины не сохранился до XXI века. Её конструкция известна только по историческим источникам, в основном, это статьи для прессы, отчёты и решения жюри c выставок, на которых демонстрировалась машина.

Создатель машины, Израиль Авраам Штаффель, был жителем Варшавы, по профессии — часовщик. Штаффель вырос в бедной еврейской семье и не имел доступа к научным публикациям, рассказывающих о последних изобретениях Западной Европы.

Выучил польский язык, что позволило ему читать научно-технические публикации по механике, издаваемые в Царстве Польском. Неизвестно, было ли ему известно о счётных машинах других варшавских изобретателей, Авраама Штерна или Хаима Слонимского, и поэтому невозможно достоверно утверждать, как те повлияли на сконструированное им устройство.

Штаффель не был знаком с конструкцией арифмометра де Кольмара или других счётных машин, созданных в Западной Европе. В связи с этим следует предположить, что построенная им машина была его собственным изобретением, мало похожей на разработанные ранее вычислительные устройства.

Штаффель начал строить машину в 1835 году и закончил работы через 10 лет. Впервые он продемонстрировал машину публике в 1845 году. Позже Штаффель представил ещё несколько моделей машины, содержащих различные усовершенствования. В 1845 году на промышленной выставке в Варшаве Израиль Авраам Штаффель был награждён серебряной медалью.

В комитет, присуждающий медаль. В описании машины отмечалось значительное снижение времени, необходимого на выполнение вычислений по сравнению с ручными расчётами на бумаге.

В том же 1845 году Штаффель ознакомил с машиной министра народного просвещения, президента Петербургской академии наук Уварова, когда тот был в Варшаве, Уваров обещал ему содействие.

После получения Штаффелем серебряной медали на выставке наместник Царства Польского Паскевич, князь Варшавский, выдал ему 150 рублей на поездку в Санкт-Петербург для представления машины в академии наук.В 1846 году Уваров поручил академии исследовать машину. По результатам исследования она получила широкое признание среди членов академии.

  В 1851 году машина вместе с некоторыми другими устройствами Штаффеля была представлена на Всемирной выставке в Лондоне. Машина Штаффеля получила серебряную медаль и была признана лучшей из вычислительных машин, участвовавших в выставке.

Механизм машины был основан на колесе Лейбница.

В 1804 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования.

Перфокарточная система музыкального автомата

В 1832 году Семен Корсаков применил перфорированные карты в конструкции разработанных им «интеллектуальных машин», механических устройств для информационного поиска, являющихся прообразами современных баз данных и, в какой-то степени, — экспертных систем. С. Н. Корсаков является пионером русской кибернетики.

Основное стремление С. Н. Корсакова — усиление возможностей разума посредством разработки научных методов и специальных устройств.

В первой половине XIX века он изобрел и сконструировал ряд действующих механических устройств, функционирующих на основе перфорированных таблиц и предназначенных для задач информационного поиска и классификации.

Гомеоскоп прямолинейный с неподвижными частями. Он представляет собой наиболее простое из всех устройств Корсакова. Пользуясь им, можно найти среди большого числа записей, отображённых в гомеоскопической перфорированной таблице, ту, которая содержит все признаки другой заданной записи.

Гомеоскопы прямолинейные

Гомеоскоп прямолинейный с подвижными частями.  Он может указывать то же самое, что и гомеоскоп прямолинейный с неподвижными частями, и в дополнение к этому он находит и отделяет из заданной записи все те признаки, которые соответствуют (или не соответствуют) аналогичным признакам других записей в таблице.

Плоский гомеоскоп. Плоский гомеоскоп аналогично указывает соответствия, имеющиеся у сравниваемых между собой записей, число признаков которых может достигать многих тысяч. С. Н.

Корсаков утверждает, что число признаков можно довести до одного миллиона, используя, так называемые, градуированные стержни.

В целом плоский гомеоскоп позиционируется Корсаковым как устройство для обработки больших массивов данных.

Плоский гомеоскоп

Идеоскоп представляет наиболее «хитроумное» из всех пяти устройств, предложенных С. Н. Корсаковым. Идеоскоп одновременно позволяет выполнить исчисление следующих значений:

множество вообще возможных признаков, но отсутствующих в заданной и сравниваемой записях

множество признаков заданной записи, но которых нет в сравниваемой записи из идеоскопической таблицы

множество общих признаков для заданной и сравниваемой записей

множество общих наиболее важных признаков

множество наиболее важных признаков сравниваемой записи из таблицы, но которые отсутствуют в заданной записи

множество признаков сравниваемой записи из таблицы, которые отсутствуют в заданной записи.

Идеоскоп.

Простой компаратор. Компаратор определяет те же операции с множествами, что и идеоскоп. Преимущество компаратора заключается в том, что признаки сравниваемых идей можно задать непосредственно (динамически) перед началом сравнения, не требуется заранее подготавливать и использовать перфорированные таблицы. Ограничение состоит в том, что за один раз возможно сравнение только двух идей.

Простой компаратор

В целом, изобретенные С. Н. Корсаковым машины позволяют быстро находить, сравнивать и классифицировать множества информационных записей (идей) по набору многочисленных признаков (деталей). C. Н. Корсаков позиционирует свои машины как усиливающие человеческий разум для одновременного охвата большого количества объектов и их сравнения по множеству признаков.

Для реализации своих машин С. Н. Корсаков по существу впервые применил перфорированные карты в информатике. В работах С. Н.

Корсакова содержится целый ряд новых для того времени идей, как то: многокритериальный поиск с учетом относительной степени важности различных критериев, способ обработки больших массивов данных, предтеча современных экспертных систем, и даже попытка определить понятие алгоритма.

С. Н. Корсаков предпринял два шага к продвижению своих изобретений. В 1832 г. им была издана брошюра «Начертание нового способа исследования при помощи машин, сравнивающих идеи». По традиции того времени, брошюра была написана на французском языке. В том же году С. Н.

Корсаков предпринимает попытку представить свои изобретения на суд Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге. Однако С. Н. Корсакову не повезло. Изобретения его не были в должной мере оценены современниками и не получили официальной поддержки.

Заключение комиссии содержало ироническое замечание: «Г-н Корсаков потратил слишком много разума на то, чтобы научить других обходиться без разума».

В 1838 году Чарльз Бэббидж перешёл от разработки Разностной машины к проектированию более сложной аналитической машины, принципы программирования которой напрямую восходят к перфокартам Жаккара.

Разностная машина Чарльза Бэббиджа. Предназначен для автоматизации вычислений путём аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Возможность приближённого представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций позволяет рассматривать эту машину как довольно универсальный вычислительный прибор.

Первая идея разностной машины была выдвинута немецким инженером Иоганном Мюллером в книге, изданной в 1788 году. Беббидж был знаком со статьёй Мюллера в переводе Джона Гершеля, но поскольку дата перевода неизвестна – было ли это до постройки Беббиджем машины или уже после, то остаётся неизвестным, находился ли Беббидж под влиянием работ Мюллера.

В  1822 году Бэббиджем была построена модель разностной машины, состоящая из валиков и шестерней, вращаемых вручную при помощи специального рычага.

Заручившись поддержкой Королевского общества, посчитавшего его работу «в высшей степени достойной общественной поддержки», Бэббидж обратился к правительству Великобритании с просьбой о финансировании полномасштабной разработки.

В 1823 году правительство Великобритании предоставило ему субсидию в размере 1500 фунтов стерлингов (общая сумма правительственных субсидий, полученных Бэббиджем на реализацию проекта, составила в конечном счёте 17 000 фунтов стерлингов).

Разрабатывая машину, Бэббидж и не представлял всех трудностей, связанных с её реализацией, и не только не уложился в обещанные три года, но и спустя девять лет вынужден был приостановить свою работу. Однако часть машины все же начала функционировать и производила вычисления даже с большей точностью, чем ожидалось.

Конструкция разностной машины основывалась на использовании десятичной системы счисления. Механизм приводился в действие специальными рукоятками. Когда финансирование создания разностной машины прекратилось, Бэббидж занялся проектированием гораздо более общей аналитической машины, но затем всё-таки вернулся к первоначальной разработке. Улучшенный проект, над которым он работал между 1847 и 1849 годами, носил название «Разностная машина № 2».

Копия разностной машины в лондонском Музее науки

Несмотря на неудачу с разностной машиной, Бэббидж в 1833 году задумался о создании программируемой вычислительной машины, которую он назвал аналитической (прообраз современного компьютера). В отличие от разностной машины, аналитическая машина позволяла решать более широкий ряд задач.

Именно эта машина стала делом его жизни и принесла посмертную славу. Он предполагал, что построение новой машины потребует меньше времени и средств, чем доработка разностной машины, так как она должна была состоять из более простых механических элементов.

С 1834 года Бэббидж начал проектировать аналитическую машину.

Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад (store), фабрика или мельница (mill), управляющий элемент (control) и устройства ввода-вывода информации.

Склад предназначался для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью.

Мельница (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) должна была производить операции над переменными, а также хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию.

Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещением переменных в склад и извлечением их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт.

Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Кроме того, по замыслу Бэббиджа, Аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.

Источник: https://pikabu.ru/story/o_tom_kak_ustroeno_it_post_1_mekhanicheskie_vyichislitelnyie_ustroystva_6012811

Book for ucheba
Добавить комментарий