Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Сначала выполнялся «счет на пальцах», затем на смену пальцам пришли палочки, косточки на проволоке (счеты), а позже более удобные для вычислений счетные механизмы, механические счетные машинки и т. д. Можно назвать десятки имен конструкторов таких механических приспособлений для облегчения счета и наименований самих устройств, от абака и до арифмометра «Феликс». Счет на пальцах сыграл громадную роль не только для облегчения вычислений, но и для развития математики. Пальцам обязана своим существованием десятичная система счисления; пальцевый счет нашел отражение в цифровых обозначениях древних вавилонян и египтян. У древних римлян было введено пальцевое изображение чисел, подробно описанное монахом Бедой Достопочтенным (ЧП1 в.).
Согласно этому описанию, различные загибы пальцев обозначали единицы, десятки, сотни и тысячи, а определенные жесты рук позволяли считать до миллиона. Эта несколько видоизмененная система дошла до нас в виде «римских цифр». На смену пальцам, и в первую очередь с целью возможности запомнить числа, пришел счет на бирках, зарубках, палочках, узелках и др. 41 Механические счетные машины Широкое распространение у древних народов получил абак — счетный прибор, на котором отмечены места (колонки или строчки) для разных разрядов чисел. Косточки, жетоны, камешки, размещенные на этих местах, имеют различное числовое значение, то есть в абаке используется позиционная система счисления.
Самым распространенным абаком, широко используемым и в настоящее время, являются счеты. ХЧП век был весьма плодотворным в научном отношении. В этом веке были заложены научные основы физики и механики, химии и астрономии, математики переменных величин (анализ бесконечно малых), созданы первые счетные машины. В 1623 году профессор математики Тюбингенского университета Вильгельм Шиккард предложил первую из ныне известных счетных машин. Эта машина состояла из трех частей: 6-разрядных десятичных суммирующего и множительного устройств, а также механизма для записи промежуточных результатов. Все взаимосвязи устройств машины между собой осуществлялись, как и во всех последующих механических арифмометрах, с помощью зубчатых передач, а для перехода в следующий десятичный разряд использовалось косозубое колесо с одним пальцем. Машина Шиккарда не получила широкого распространения, и поэтому многие годы считалось, что первый арифмометр создал в 1642 году известный французский математик Влез Паскаль.
Из широко известных механических счетных машин следует назвать машины Лейбница (изобретена в 1673 г.), Мюллера (1786 г.), Томаса (1820 г., впервые предложено название чарифмометр»), Чебышева (1878 г.) и, безусловно, самый распространенный арифмометр — арифмометр В. Т.
Однера (1890 г.). В арифмометре Однера было использовано много механических новшеств, в частности, колесо Однера, которое использовалось впоследствии во всех механических счетных машинах. Арифмометр Однера выпускался во многих странах и под разными названиями. В СССР наиболее известный и самый распространенный вариант этого арифмометра — арифмометр «Феликс».
Внешний вид арифмометра Однера показан на рис. 2.1. Рис. 2.1. Арифмометр Однера 42 Глава 2. Технические предпосылки и практические потребности создание ЭВМ Злектромехан ические счетные машины В конце Х1Х века в связи с развитием науки и техники потребность в счетных машинах настолько возросла, что ее перестали удовлетворять и арифмометры Однера, и другие типы механических счетных машин.
Последним и решающим толчком к созданию более производительных машин послужили потребности обрабатывать переписи населения, которые стали проводиться регулярно во многих странах. Поскольку к этому времени достаточно хорошее развитие получила теория электричества, и в частности теория слабых токов, перспективным направлением развития счетных машин стало использование в них электрических и электромеханических компонентов. Наступила эра электромеханических машин, развитие которых пошло по двум направлениям: 1. Использование электричества как движущей силы внутри счетных машин. Это направление привело к созданию класса электрических, а затем электронных клавишных машин, информация в которые вводилась вручную с помощью клавиатуры (повысилась скорость и точность вычислений, но недостаточной оставалась степень автоматизации вычислений). 2.
Использование электричества в устройствах ввода и вывода информации при использовании перфокарт (повысилась скорость ввода и вывода информации и автоматизация вычислений, поскольку на перфокарты наносилась не только числовая, но и программная информация).
Перфокарты впервые были использованы для программного управления ткацким станком Жозефом Жаккардом в 1801 году. В 1888 году сотрудник Бюро цензов США (статистическая организация, ведавшая и проведением переписи населения, и обработкой ее результатов) Герман Холлерит предложил аналитическую счетную машину, которую назвал тлабуляаорам. Для ввода информации в ней использовались перфокарты — карточки, разделенные на колонки и строчки, в каждой колонке по 10 строчек. Позиция колонки и строчки определяет конкретную информацию.
Информация в эти позиции могла заноситься: О автоматизированно, с клавиатуры перфоратора, пробивающего прямоугольные дырочки на соответствующих позициях; О вручную, штриховкой специальных зон на этих позициях, с последующей автоматической пробивкой отверстий на считывакнцих перфораторах. Для упорядочения перфокарт используются сортировки. Программирование работы табуляторов выполнялось штекерными соединениями входов и выходов узлов табулятора на специальной съемной доске.
Доски с разными наборами программ (проектов) можно было создавать заранее и хранить их отдельно от табулятора (некоторая аналогия ЭВМ с хранимой программой). В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал проект автоматической «аналитической машины» — вычис- 43 Эее»тромеханические счетные машины лительного устройства, по своей схеме и принципам работы в некоторых аспектах приближающейся к современным ЭВМ. В машине Бэббиджа предлагались следующие устройства: 14 устройство хранения информации на регистрах, выполненных 'на зубчатых колесах, которое Бэббидж назвал «складом»; 0 устройство для выполнения операций над числами, взятыми со «склада», названное «фабрикой»; 13 для управления последовательностью операций и их исполнением служило устройство управления, использовавшее перфокарты; 0 устройство ввода-вывода.
Проект Бэббиджа существенно опередил свое время, оказался невостребованным и нереализуемым. Даже материалы об этой машине были опубликованы только в 1888 году, уже после смерти автора. В 1930 году была создана первая электромеханическая аналоговая вычислительная машина, автором машины был профессор Массачусетского технологического института Ванневар Буш. Аналоговые машины сразу же нашли широкое применение в военной технике. В 1937 году английский математик, профессор Кембриджского университета Алан Тьюринг опубликовал статью, в которой предложил концепцию абстрактной универсальной вычислительной машины — «машины Тьюринга».
ПРИМЕЧАНИЕ В 1947 году Алан Тьюринг публикует статью «Может ли машина мыслить?» [62], где впервые рассмотрены проблемы обучающейся вычислительной машины и «машинного интеллекта». Вспыхнувшая в 1939 году вторая мировая война — война не только людей, но и машин и новых технологий — сделала весьма востребованными высокопроизводительные вычислительные устройства. Без них создание новых типов вооружений становилось просто невозможным, так как на выполнение сложных математических расчетов требовалось время, превышающее продолжительность человеческой жизни.
Первыми, кому требовались новые вычислительные технологии, были артиллеристы, ибо расчеты баллистических траекторий снарядов, бомб и простейших (в то время) ракет были весьма сложными, а оперативность получения результатов этих расчетов обуслонзивалась боевой обстановкой. Например, оптимальная обработка информации, поступающей от радиолокационной станции (РЛС) наблюдения, требовала выполнения десятков тысяч вычислительных операций, а период кругового обзора отечественной РЛС «Нарва» был равен 4 минутам.
За это время даже на лучших ЭВМ первого поколения оптимальная обработка сигнала выполнена быть не могла Таким образом, вопрос о необходимости эффективных вычислительных технологий и, естественно, высокопроизводительных электромеханических и электронных машин стоял весьма остро. Первые электромеханические вычислительные машины с программным управлением были созданы в начале 40-х годов прошлого века. Работы по их созданию 44 Глава 2. Технические предпосылки и практические потребности создания ЭВМ активно велись в Германии (под руководством инженера Конрада Цузе) и в США (под руководством Говарда Айкена и Джорджа Стибица).
В Германии вычислительные машины на электромеханических элементах были созданы уже в 1939 году (машина Ц-1). Машина Ц-2 не была закончена в связи с началом второй мировой войны, позже по заказу военных была разработана и создана машина Ц-З, выполненная на электромагнитных реле (но первая машина на электромагнитных реле была создана для управления артиллерийским огнем в лаборатории Белла в 1940 году). Вычислительная машина МАКК-1, тоже на основе электромагнитных релейных схем, была создана в США в 1944 году. Вслед за этими машинами уже после окончания войны появились машины МАКК-2 (1947 г., содержала 13000 реле), МАКК-З, Ц-4 и Ц-5. Но релейные машины были недостаточно производительными и не устраивали военных заказчиков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
