Электронные счетные машины

Специальные числа.

В 1614 г. шотландский математик Джон Непер (1550—1617) изобрел таблицы логарифмов. Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует свое специаль­ное число — логарифм. Логарифмы очень упрощают деление и умно­жение. Например, для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы Результат находят в таблице логарифмов.

Старинный калькулятор.

В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623—1662) скон­струировал счетное устройство, что­бы облегчить труд своего отца — налогового инспектора, которому приходилось делать немало слож­ных вычислений. Данное устройство представляло собой смонтированную в деревянном корпусе систему зубчатых колес вращающих наборные диски с цифрами. Результат вычислений считывался в специально прорезанных в корпусе окошечках. Веря, что это изобретение прине­сет удачу, отец с сыном вложили в создание своего устройства боль­шие деньги. Но против счетного устройства Паскаля выступили клерки — они опасались потерять из-за него работу, а также работо­датели, считавшие, что лучше на­нять дешевых счетоводов, чем по­купать дорогую машину.

В 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для ар­тиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия — счетчик — 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 несколько недель и меся­цев. Причина проста — при таких расчетах выбор выполняемых дей­ствий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

В 1833 г. английский математик Чарльз Бэббидж детально разработал проект аналитической машины ("вычислительного помощника"). Чарлз Бэббэдж (1792-1871) был сыном богатого банкира из Дэвона (Англия) и очень талантливым математиком. Он обнаружил пог­решности в таблицах логарифмов Непера и в 1821 г приступил к разработке своей вычислитель­ной машины. Это было очень сложное, большое устрой­ство Оно предназнача­лось для автоматичес­кого вычисления лога­рифмов. Особенно трудно, оказалось, добиться точных расчетов. Британское прави­тельство десять лет финансировало работы Бэббэджа, но затем потеряло к нему доверие и пре­кратило давать деньги. Следующей работой Бэб­бэджа как раз и стало создание аналитичес­кой машины, которая должна была стать первой универсальной вычислительной машиной выполняющей вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь испол­нять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в это время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии — память). Бэббэджу помогала математик Ада Ловлас (1815—1852) - первый программист леди. Она создала для машины несколько про­грамм, которые хранились на специальных перфорированных картах. Последние 37 лет жизни Бэб­бэдж посвятил усовершенствова­нию аналитической машины. Он вкладывал в ее создание большие деньги и тяжело переносил полное отсутствие интереса со стороны общественности к своим работам. Умер Бэббэдж в 1871 г, так и не закончив свой труд. Его машина намного опережала технические возможности своего времени, и довести ее создание до конца было практи­чески невозможно, однако он разработал все основные идеи.

В XIX в. в США перепись населе­ния проводилась каждые 10 лет. С ростом населения это стало весь­ма сложным процессом. Так, в 1887 г чиновники все еще подводили ито­га переписи 1880 г. Мно­гие разрабатывали ме­тоды более быстрого подсчета итогов. Побе­ду в этом соревновании одержал инженер Гер­ман Холлерит (1860— 1929). Он создал электри­ческую счетную машину, та­булятор. Данные о каждом жителе хранились на особой перфокарте. Расположение и число отверстий соответ­ствовало таким сведениям, как возраст, семейное положение и т. д. Карта вставлялась в маши­ну, где на нее нажимали концы проводов. Когда провод попадал на отверстие, он замыкал цепь тока и счетчик передвигался на одно деление. Изобретение Холлерита настолько ускорило мето­ды обработки данных, что итоги переписи 1890 г. были подведены всего через 6 недель

Электронные счетные машины

В 1937 г. Алан Тьюринг предложил универсальную схему вычислений. Его результаты были сформулированы в терминах гипотетической "машины" с удивительно простой структурой, которая обладала всеми необходимыми признаками универсальной вычислительной машины.

В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических ре­ле — смог построить на одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machine corp.) вычислительную ма­шину под названием «Марк—1». Еще раньше идеи Бэббиджа были пе­реоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

В 1946 г. Джон П. Экерт (род. 1919) и Джон В. Могли (1907—1980) разра­ботали один из первых компьютеров для армии США— ENIAC (электронный числовой интегратор и калькулятор) на электронных лампах. По сравнению с современ­ными ЭВМ он был очень громоз­док — занимал целый зал и при этом выполнял гораздо меньше операций. ENIAC работал в 1000 раз быстрее чем «Марк—1», однако, для задания программы приходилось в течении нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить этот процесс, Могли и Экерт стали конструировать ЭВМ, которая могла бы хранить программу в своей памяти.

В 1945 г. к работе Могли и Экерта был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулиро­вал общие принципы функционирования универсальных вычисли­тельных устройств, т.е. компьютеров.

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

Технология ЭВМ постепенно совершенствовалась, габариты компьютеров умень­шались, а их возможности увели­чивались. На первых компьютерах приме­нялись электронные лампы. В 1948 г их заменили транзисторы, кото­рые изобрели трое американских ученых — Джон Бардин (род. 1908), Уолтер Браттэйн (1902-1987) и Уильям Шокли (1910-1989). За свое изобретение они получили в 1956 г Нобелевскую премию по физике. В наши дни компактные калькуляторы и компьютеры ис­пользуют микросхемы, состоящие из многих тысяч тран­зисторов. Они стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

2)Принципы фон Неймана.

В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффек­тивным устройством для обработки информации.

Устройства компьютера.

Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства:

ü арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифме­тические и логические операции;

ü устройство управления, которое организует процесс выполне­ния программ;

ü запоминающее устройство, или память для хранения про­грамм и данных;

ü внешние устройства для ввода-вывода информации.

@ Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек.

@ в каждой ячейке могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ.

@ Все ячейки па­мяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные — ин­формационные):