Британский изобретатель Бэббидж был очарован механикой и математикой. Его увлекала идея Лейбница о системе символов. Его машина не просто рассчитывала, она была способна провести анализ операции и выполняла вычисления с помощью набора правил, последовательности операций (сейчас называемых алгоритмами) и выдавала результат с помощью символов.
Описание принципа работы машины и первую в мире программу для этой машины составила Ада Лавлейс, дочь английского поэта Байрона.
Ее считают первым программистом, а машину Бэббиджа – прототипом компьютера.
В 1823 году эту машину начали создавать на деньги казначейства Англии, но в 1842 году Министерство финансов посчитало нецелесообразным финансирование этого проекта и прекратило его.
Тем не менее, создание этой машины стало первым шагом на пути появления компьютеров в будущем
ГЛАВА 5. ТЕРНИСТЫЙ ПУТЬ К ЭВМ
В 1847 году еще один английский ученый, Джордж Буль, способствовал развитию математических наук: кибернетики и информатики.
Начало было положено после выхода его статьи «Математический анализ логики» в 1847 году, а позже, в 1854 году вышел его капитальный труд «Исследование законов мышления, на которых основываются математические теории логики и вероятностей». Суть его работ была в применении алгебраической символики к обработке логических высказываний. Была предложена система правил для формализации логических задач.
Например: простая логика содержит два элемента 0 (ложь, «нет») и 1 (истина, «да») и две операции «/» («и») и «.» («или»)
Таким образом, созданный Булем логический аппарат, который называли булевой алгеброй, через 100 лет объединили с двоичной системой счисления, и это стало основой для разработки электронного компьютера.
Например: при оценке высказывания, учитывались только два возможных значения: оно ложно или истинно - «нет / да», что в двоичном коде выглядело как 0 или 1 - «0/1». Это можно применить к простейшему переключателю в электронных системах. Он может находиться только в двух положениях: выключен/включен (ток не пропускает/ток пропускает)
Для логических действий можно ввести операции, подобные арифметическим действиям.
Назову три наиболее важные операции:
«И» - соединение (конъюнкция), обозначается (Λ)
«ИЛИ» - разъединение (дизъюнкция), обозначается (V)
«НЕ» - отрицание, обозначается ()
Действия булевой алгебры в двоичном коде определяются следующим образом:
| 0 и 0= 0 | 0 или 0= 0 | НЕ 0 =1 |
| 0 и 1= 0 | 0 или 1= 1 | НЕ1 =0 |
| 1 и 0= 0 | 1 или 0= 1 | |
| 1 и 1= 1 | 1 или 1= 1 |
Комбинируя эти три основных действия, можно осуществить и более сложные операции: например логическое сложение кодов. В любых машинах эта операция была необходима.
Работам Буля при жизни уделялось недостаточно внимания, но после его смерти нашлись сторонники его теории. Первым из их стал логик Чарлз Пирс, который познакомил американцев в 1867г. с булевой алгеброй.
Через несколько десятилетий в докторской диссертации Клода Шеннона, положившей начало теории информации, были связаны воедино численная двоичная система, булева алгебра и реализация вычислительных процессов в виде электрических схем. Одновременно с ним в Московском университете русский ученый Виктор Шестаков предложил использовать булеву алгебру как логическую основу для создания электронно-вычислительных машин.
Логических символов (кванторов) со временем стало больше. Многие из них мы используем на уроках математики для записи формул и доказательств.
Например: ॥ - параллельно, = - следует, ∩ - пересечение и др.
ГЛАВА 6. ПЕРВЫЕ ЭВМ
С начала 30-х годов 20 века начали создаваться и к 1940 году появились первые счетные электронные машины на основе цифровых переключателей – электронных ламп и цифровых реле.
Математик фон Нейман описал основные компоненты вычислительной машины: процессор, память, блоки ввода/вывода. Отмечал, что такое устройство должно работать в двоичной системе, быть электронным, а не механическим и что команды должны выполняться последовательно (исполнение программы)
Что касается программ, то работу первой программистки Ады Лавлейс целых сто лет спустя продолжил Алан Тьюринг. В 1950 году в печать вышла его статья «Может ли машина мыслить?» В ней он подробно разобрал научные выводы леди Лавлейс. Некоторыми терминами, которые она использовала в своих трудах, до сих пор пользуются программисты. Например, «рабочие ячейки», «цикл».
Алан Тьюринг стал отцом современного компьютера. Его идея компьютера состояла из ленты, символов и конфигураций. Лента выполняет ту же роль, что и бумага в пишущей машинке, но двигается только в одном направлении. Лента разбита на квадраты (ячейки). В каждый момент времени в компьютере находится лишь один квадрат ленты.
Символы записываются на ленте по одному в каждой ячейке. Тьюринг предложил минимальное количество символов – два: ноль и единица. В каждый момент времени машина «знает» только об одном символе, о том, который находится в единственной ячейке внутри.
Кофигурации – это инструкции для машины, что делать, это как «состояние ума». Например, в конфигурации А – лента может продвинуться вправо, если текущий символ «1», в конфигурации В может стереть текущий символ.
Тьюринг заключил: «Все, что можно вычислить, может вычислить эта машина»
Первую простую счетную электронную машину создал немецкий инженер Конрад Цузе. Она была единственной в Европе работающей моделью.
Конрад Цузе родился в Берлине в 1910 году, начал работу над машиной в 1934 году, когда был еще студентом. Друзья помогли ему финансово, и он начал работу над изобретением в скромных условиях дома своих родителей, на маленьком столе. Постепенно его машина стала занимать около 4 м2 и располагалась в центре комнаты. Его третья модель вычислительной машины «Зет-3» хранится в Немецком техническом музее в Берлине.
Цузе создал первый в мире алгоритмический язык и продолжил работу на новом месте жительства в Швейцарии, где он основал компанию по производству вычислительной техники. В 1950 году доработанная модель «Зет-4» была единственным компьютером в Европе, опередившей американские разработки. И к 1967 году его компания выпустила более 250 компьютеров.
Параллельно с Цузе, вычислительные машины создавались и в США.
В 40-е годы 20 века ЭВМ (электронно-вычислительные машины) обеспечивали огромную по тем временам скорость вычислений - несколько тысяч операций в секунду.
Над созданием прототипами будущих компьютеров трудилась группа ученых около 50 человек. Первые модели имели названия ЭНИАК, ЭДВАК, УНИВАК – это аббревиатуры их сложных названий. Например, УНИВАК – это универсальный автоматический компьютер.
ЭНИАК, ЭДВАК, УНИВАК разработаны в США командой инженеров и учёных во главе с Джоном Преспером Экертом и Джоном Уильямом Мокли при активной помощи математиков фон Неймана, Германа Голдстайна и Гарри Хаски.
ЭНИАК был введен в эксплуатацию в 1945 году, после войны. Машина состояла из 17 тысяч электронных ламп и полутора тысяч реле. Он был огромен: весил 30 тонн, 26 метров в длину, 3 метра в высоту. Он делал 5000 сложений и 300 умножений в секунду.
Но, когда он работал, температура в помещении поднималась до 50 градусов по Цельсию. Он потреблял огромное количество электричества. Ходили слухи, что когда его включали, вся Филадельфия оставалась без света.
В России свой вклад в развитие ЭВМ внес академик Лебедев Сергей Алексеевич. Он был современником Конрада Цузе, Алана Тьюринга. Под его руководством вышли полтора десятка моделей отечественных компьютеров: первые из них МЭСМ (малая электронно-счетная машина) и БЭСМ (большая счетно-вычислительная машина).
В 1960 годах электронные лампы заменили транзисторами, переключателями, которые состояли из полупроводников электрического тока (вещества, которые проводят ток только в одном направлении). Эти новшества позволили уменьшить размеры компьютеров и повысить их надежность. Компьютеры уменьшались в размерах примерно вдвое каждые 18 месяцев (1,5 года)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Современные компьютеры позволяют выполнять фантастически сложные расчеты в невероятно короткий срок. Они посчитают за несколько минут то, что несколько вычислителей делали бы годы.
Работая над проектом, я сделала следующий вывод:
В развитии счетных устройств, пройдена дорога длиною в тысячелетия. Но быстрее всего они развивались в 20 веке, а последние 30 лет настолько стремительно, что мы не успеваем следить за их новыми моделями и уже не знаем имена разработчиков, поскольку работают команды ученых из десятков человек.
Электронные устройства и компьютеры стали общедоступны, количество единиц вычислительной техники на нашей планете исчисляется миллиардами.
Таким образом, современный мир переживает информационную революцию и человечество ждут перемены настолько радикальные, что к ним заранее очень сложно подготовить свое сознание.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Альбов А.С. От абака до кубита/ Александр Альбов.- 2-е изд.-СПб.: Страта,2016.-178с., ил.
- Полунов Ю.Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Книга для чтения по истории вычислительной техники в двух томах. Том I.- М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2004. – 480с.:ил
- https://mathemlib.ru Библиотека по математике.
- https://megabook.ru Универсальная энциклопедия Кирилла и Мефодия
- https://yandex.ru/images Изображения.