Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 2
Текст из файла (страница 2)
И. Курбакову (РЭА им. Г. В. Плеханова), П. Б. Храмцову (РНИЦ«Курчатовский институт»), рецензентам, а также студентам РГГУ,РЭА им. Г. В. Плеханова за предоставленные иллюстративные материалы.Глава 1ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫИ УСТРОЙСТВА.АЛГОРИТМЫ И ВЫЧИСЛЕНИЯВплоть до XVII в. деятельность общества в целом и каждого человека в отдельности была направлена на овладение веществом,т. е.
есть познание свойств вещества и изготовление сначала примитивных, а потом все более сложных орудий труда, вплоть до механизмов и машин, позволяющих изготовлять потребительскиеценности.Затем в процессе становления индустриального общества напервый план вышла проблема овладения энергией — сначала тепловой, затем электрической, наконец, атомной. Овладение энергиейпозволило освоить массовое производство потребительских ценностей и, как следствие, повысить уровень жизни людей и изменитьхарактер их труда.В то же время человечеству свойственна потребность выразитьи запомнить информацию об окружающем мире — так появилисьписьменность, книгопечатание, живопись, фотография, радио, телевидение. В истории развития цивилизации можно выделить несколько информационных революций — преобразование общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации, информационных технологий.
Следствиемподобных преобразований являлось приобретение человеческимобществом нового качества.В конце XX в. человечество вступило в новую стадию развития — стадию построения информационного общества. Информация стала важнейшим фактором экономического роста, а уровеньразвития информационной деятельности и степень вовлеченности ивлияния ее на глобальную информационную инфраструктуру превратились в важнейшее условие конкурентоспособности страны в8Глава 1.
Вычислительные приборы и устройства...мировой экономике. Понимание неизбежности прихода этого общества наступило значительно раньше. Австралийский экономистК. Кларк еще в 40-е годы говорил о приближении эпохи обществаинформации и услуг, общества новых технологических и экономических возможностей. Американский экономист Ф. Махлуп выдвинул предположение о наступлении информационной экономики ипревращении информации в важнейший товар в конце 50-х гг.В конце 60-х гг. Д.
Белл констатировал превращение индустриального общества в информационное. Что касается стран, ранее входивших в "СССР, то процессы информатизации в них развивалисьзамедленными темпами.Информатика меняет всю систему общественного производстваи взаимодействия культур. С наступлением информационного общества начинается новый этап не только научно-технической, носоциальной революции. Меняется вся система информационныхкоммуникаций.
Разрушение старых информационных связей междуотраслями экономики, направлениями научной деятельности, регионами, странами усилило экономический кризис конца века встранах, которые уделяли развитию информатизации недостаточноевнимание. Важнейшая задача общества — восстановить каналыкоммуникации в новых экономических и технологических условияхдля обеспечения четкого взаимодействия всех направлений экономического, научного и социального развития как отдельных стран,так и в глобальном масштабе.Современный компьютер — это универсальное, многофункциональное, электронное автоматическое устройство для работы с информацией Компьютеры в современном обществе взяли на себязначительную часть работ, связанных с информацией.
По историческим меркам компьютерные технологии обработки информацииеще очень молоды и находятся в самом начале своего развития.Компьютерные технологии сегодня преобразуют или вытесняютстарые технологии обработки информации.1.1. Вычислительные устройства и приборы,история вопроса («Время — события — люди»)Рассмотрим историю развития вычислительных средств и методов «в лицах» и объектах (табл. 1 1)/./. Вычислительные устройства и приборы, история вопроса...9Табчица 1 1 Основные события в истории развития вычислительных методов,приборов, автоматов и машинДжон Непер(1550-1617)Вильгельм Шиккард(1592-1636)Блэз Паскаль (1623-1662)Шотландец Джон Непер в 1614 м г опубликовал «Описаниеудивительных таблиц логарифмов» Он обнаружил, что сумма логарифма чисел а и b равна логарифму произведения этих чисел Поэтому действие умножения сводилось к простой операции сложенияТакже им разработан инструмент перемножения чисел — «костяшкиНепера» Он состоял из набора сегментированных стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что, складывая числа в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах, получалирезультат их умножения «Костяшки Непера» вскоре были вытесненыдругими вычислительными устройствами (в основном механическоготипа) Таблицы Непера, расчет которых требовал очень много времени, были позже «встроены» в удобное устройство, ускоряющеепроцесс вычисления, - логарифмическую линейку (Р Биссакар, конец 1620 г)Считалось, что первую механическую счетную машину изобрелвеликий французский математик и физик Б Паскаль в 1642 г.
Однако в1957 г Ф Гаммер (ФРГ, директор Кеплеровского научного центра) обнаружил доказательства создания механической вычислительной машины приблизительно за два десятилетия до изобретения ПаскаляВильгельмом Шиккардом Он назвал ее «часы для счета» Машинапредназначалась для выполнения четырех арифметических действий исостояла из частей суммирующее устройство, множительное устройство, механизм для промежуточных результатов Суммирующее устройство состояло из зубчатых передач и представляло простейшуюформу арифмометра Предложенная схема механического счета считается классической Однако эту простую и эффективную схему пришлось изобретать заново, так как сведения о машине Шиккарда не стали всеобщим достояниемВ 1642 г , когда Паскалю было 19 лет, была изготовлена перваядействующая модель суммирующей машины Через несколько летБлэз Паскаль создал механическую суммирующую машину («паскалина»), которая позволяла складывать числа в десятичной системе счисления В этой машине цифры шестизначного числа задавались путемсоответствующих поворотов дисков (колесиков) с цифровыми делениями, результат операции можно было прочитать в шести окошках по одному на каждую цифру Диск единиц был связан с диском десятков, диск десятков - с диском сотен и т д Другие операции выполнялись с помощью довольно неудобной процедуры повторных сложений,и в этом заключался основной недостаток «паскалины» Всего приблизительно за десятилетие он построил более 50 различных вариантовмашины Изобретенный Паскалем принцип связанных колес явился основой, на которой строилось большинство вычислительных устройствна протяжении следующих трех столетий10Глава 1.
Вычислительные приборы и устройства...Продолжение табл 1 1Готфрид Вильгельм Лейбниц(1646-1716)В 1672 г, находясь в Париже, Лейбниц познакомился с голландским математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом Видя какмного вычислении приходится делать астроному Лейбниц решил изобрести механическое устроиство для расчетов В 1673 г он завершилсоздание механического калькулятора Развив идеи Паскаля, Лейбнициспользовал операцию сдвига для поразрядного умножения чиселСложение производилось на нем по существу так же, как и на «ласкалине», однако Лейбниц включил в конструкцию движущуюся часть(прообраз подвижной каретки будущих настольных калькуляторов) иручку, с помощью которой можно было крутить ступенчатое колесоили - в последующих вариантах машины - цилиндры, расположенныевнутри аппаратаРазвитие вычислительных устройств связано с появлением перфорационных карт и их применением Появление же перфорационныхкарт связано с ткацким производством В 1804 г инженер Жозеф-Мари Жаккар построил полностью автоматизированный станок (станокЖаккара), способный воспроизводить сложнейшие узоры Работа станка программировалась с помощью колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока Переход к новому рисунку происходил заменой колоды перфокартЖозеф Мари Жаккар(1775-1834)JОн обнаружил погрешности в таблицах логарифмов Непера, которыми широко пользовались при вычислениях астрономы, математики,штурманы дальнего плавания В 1821 г приступил к разработке своейвычислительной машины, которая помогла бы выполнить более точныевычисления В 1822 г была построена разностная машина (пробнаямодель), способная рассчитывать и печатать большие математические| таблицы Это было очень сложное большое устройство и предназначалось для автоматического вычисления логарифмов Работа модели основывалась на принципе известном в математике как «метод конечныхразностей» при вычислении многочленов используется только операЧарльз Бэббидж( 1791-1871)I ция сложения и не выполняется умножение и деление которые значительно труднее поддаются автоматизации В последующем он пришелк идее создания более мощной - аналитической машины Она не просто должна была решать математические задачи определенного типа авыполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии синструкциями, задаваемыми оператором По замыслу это не что иное,как первый универсальный программируемый компьютер Аналитичеекая машина в своем составе должна была иметь такие компоненты,как «мельница» (арифметическое устройство по современной терминологии) и «склад» (память) Инструкции (команды) вводились в аналитическую машину с помощью перфокарт (использовалась идея проАналитическая машинаграммного управления Жаккара с помощью перфокарт) Шведский изЧ Бэббиджадатель, изобретатель и переводчик Пер Георг Шойц воспользовавшись/./.
Вычислительные устройства и приборы, история вопроса...11Продолжение таол 1 1советами Бэббеджа построил видоизмененный вариант этой машиныВ 1855 г машина Шоица была удостоена золотой медали на Всемирной выставке в Париже В дальнейшем один из принципов, лежащих воснове идеи аналитической машины, - использование перфокарт нашел воплощение в статистическом табуляторе построенном американцем Германом Холлеритом (для ускорения обработки результатовпереписи населения в США в 1890 г)Огаста Ада Байрон(графиня Лавлейс)(1815-1852)Джордж Буль (1815-1864)Пафнутий Львович Чебышев(1821-1894)Графиня Огаста Ада Лавлейс, дочь поэта Байрона, совместно сЧ Бэббиджем работала над созданием программ для его счетных машин Ее работы в этой области были опубликованы в 1843 г Однако вто время считалось неприличным для женщины издавать свои сочинения под полным именем, и Лавлейс поставила на титуле только своиинициалы В материалах Бэббиджа и комментариях Лавлейс намеченытакие понятия, как «подпрограмма» и «библиотека подпрограмм», «модификация команд» и «индексный регистр», которые стали употребляться только в 50 х гг XX в Сам термин «библиотека» был введенБэббиджем, а термины «рабочая ячейка» и «цикл» предложила А Лавлейс «Можно с полным основанием сказать, что аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок Жаккара воспроизводит цветы и листья», - писала графиня Лавлейс Онафактически была первой программисткой (в ее честь был назван языкпрограммирования Ада)Дж Буль по праву считается отцом математической логики Егоименем назван раздел математической логики - булева алгебраВ 1847 г написал статью «Математический анализ логики» В 1854 гБуль развил свои идеи в работе под названием «Исследование законовмышления» Эти труды внесли революционные изменения в логику какнауку Дж Буль изобрел своеобразную алгебру - систему обозначенийи правил, применяемую к всевозможным объектам, от чисел и букв допредложений Пользуясь этой системой, Буль мог закодировать высказывания (утверждения) с помощью своего языка, а затем манипулировать ими подобно тому, как в математике манипулируют обычнымичислами Три основные операции системы - это И, ИЛИ и НЕИм была разработана теория машин и механизмов, написан рядработ, посвященных синтезу шарнирных механизмов Среди многочисленных изобретенных им механизмов имеется несколько моделейарифмометров, первая из которых была сконструирована не позднее1876 г Арифмометр Чебышева для того времени был одной из самыхоригинальных вычислительных машин В своих конструкциях Чебышевпредложил принцип непрерывной передачи десятков и автоматический переход каретки с разряда на разряд при умножении Оба этиизобретения вошли в широкую практику в 30-е гг XX в в связи с применением электропривода и распространением полуавтоматических иавтоматических клавишных вычислительных машин С появлениемэтих и других изобретений стало возможно значительно увеличить скорость работы механических счетных устройств12Глава 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
