Файл: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ (ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ).pdf
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
1.2. Механический этап развития средств вычислительной техники
1.2. Электромеханический этап развития средств вычислительной техники
ЭВОЛЮЦИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ С 1946 ГОДА ПО НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
Особенности электронного этапа развития средств вычислительной техники в России
В 1642 г. Блез Паскаль сконструировал 8-разрядную суммирующую машину. Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков с нанесенными на них цифрами от 0 до 9 и приводов. Когда первое колесико делало полный оборот от 0 до 9, в действие автоматически приводилось второе колесико. Когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье и так далее. Машина Паскаля могла складывать и вычитать, умножать (делить) лишь путем многократного сложения (вычитания)[22].
Большинство ученых считает, что история происхождения счетных машин восходит именно к 1642 г., «когда великий математик Блез Паскаль предложил устройство, позволяющее производить над числами такие математические операции, как сложение и вычитание. Считается, что это изобретение является первой успешной попыткой механизации умственного труда человека»[23].
В 1668 г. появился новый вычислитель, предназначенный исключительно для финансовых операций. Его изобретателем стал сэр Самюэль Морланд.
В 1674 г. великий философ и ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал машину «четырех действий», которая выполняла сложение, вычитание, умножение, деление и извлечение квадратного корня[24]. В отличие от Паскаля Лейбниц использовал в своей машине не колесики и приводы, а цилиндры с нанесёнными на них цифрами. Специально для нее Лейбниц впервые применил двоичную систему счисления, использующую вместо обычных для человека десяти цифр две: 0 и 1.
«Спустя 50 лет Лейбниц усовершенствовал счётную машину Паскаля, придав ей функции умножения и деления путём повторных сложений и вычитаний. Однако ни счётная машина Паскаля, ни счётная машина Лейбница не были доведены до практического использования»[25], - пишет М. Кэмпбелл-Келли.
Следующая волна конструкторов-изобретателей компьютеров была замечена только в XIX в., два века спустя после первых счётных машин и вычислителей.
В 1820 г. ученый и изобретатель Шарль де Кольмар придумал самый настоящий калькулятор и назвал его арифмометр. Как и многие его предшественники, арифмометр был механическим устройством. Впервые счётное устройство выпускалось серийно и поступило в широкую продажу. С некоторыми усовершенствованиями в конструкции арифмометры прослужили человеку в общей сложности 90 лет![26]
В 1822 г. английский математик Чарлз Бэббидж описал машину, способную рассчитывать и печатать большие математические таблицы, и сконструировал машину для табулирования, состоявшую из валиков и шестеренок, вращаемых с помощью рычага. Машина могла производить некоторые математические вычисления с точностью до восьмого знака после запятой. Это был прообраз его разностной машины, к постройке которой он приступил в 1823 г., получив правительственную субсидию для продолжения работ. Разностная машина должна была производить вычисления с точностью до 20 знака после запятой. Постройка машины отняла у Бэббиджа 10 лет, её конструкция становилась все более сложной, громоздкой и дорогой. Она так и не была закончена, финансирование проекта было прекращено[27].
Тем временем Бэббиджем овладела идея создания нового прибора - аналитической машины. Главное её отличие от разностной машины заключалось в том, что она была программируемой и могла выполнять любые заданные ей вычисления[28].
Машина Бэббиджа была задумана как чисто механическое устройство с возможным приводом от парового двигателя, но содержала ряд фундаментальных идей, характерных для современных компьютеров. В ней предусматривалась работа с адресами и кодами команд, данные вводились с помощью перфокарт. Основы программирования также были заложены Бэббиджем. Несмотря на почти 40-летний труд своего создателя, машина так и не была достроена, опережая не только потребности, но и технические возможности своего времени. Многие из идей Бэббиджа просто не могли быть реализованы на базе механических устройств и оказались востребованы только спустя столетие, с разработкой первых электронных вычислительных машин[29].
В литературе утверждается, что разработанная Чарльзом Бэббиджем вычислительная машина послужила прообразом современной ЭВМ, в том числе и персональной (ПЭВМ). «По существу, аналитическая машина стала прообразом современных компьютеров, так как включала их основные элементы: память, ячейки которой содержали бы числа, и арифметическое устройство, состоящее из рычагов и шестеренок. Бэббидж предусмотрел возможность вводить в машину инструкции при помощи перфокарт»[30], - пишут М. М. Махмудова и А. М. Курбанова.
10 декабря названо Днём программиста в честь родившейся в этот день первой представительницы этой не слишком древней профессии Ады Августы Лавлейс (1815-1852 гг.), единственной дочери великого английского поэта Джорджа Гордона Байрона и его супруги Аннабеллы Милбэнк.
К 1834 г. относится её первое знакомство с выдающимся математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем – создателем первой цифровой вычислительной машины с программным управлением, названной им «аналитической»[31].
По просьбе Бэббиджа Ада занялась переводом очерка итальянского военного инженера Луи Фредерико Менабреа (в будущем - профессора механики Туринского университета). Менабреа в 1840 г., слушая в Турине лекции Бэббиджа, подробно записал их и в своем очерке впервые дал полное описание аналитической машины Бэббиджа и его идей программирования вычислений. Он писал: «Сам процесс вычисления осуществляется с помощью алгебраических формул, записанных на перфорированных кар-тах, аналогичных тем, что используются в ткацких станках Жаккара. Вся умственная работа сводится к написанию формул, пригодных для вычислений, производимых машиной, и неких простых указаний, в какой последовательности эти вычисления должны производиться». Ада Лавлейс не просто перевела очерк Менабреа, но и снабдила его обширными комментариями, которые в сумме почти втрое превысили объем оригинального текста. Книга Менабреа с комментариями, подписанными инициалами A.A.L. (Ada Augusta Lovelace), вышла в свет в августе 1843 г. В комментариях Ады Лавлейс были приведены три первые в мире вычислительные программы, составленные ею для машины Бэббиджа[32].
Самая простая из них и наиболее подробно описанная - программа решения системы двух линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными. При разборе этой программы было впервые введено понятие рабочих ячеек (рабочих переменных) и использована идея последовательного изменения их содержания[33]. От этой идеи остаётся один шаг до оператора присвоения – одной из основополагающих операций всех языков программирования, включая машинные[34].
Вторая программа была составлена для вычисления значений тригонометрической функции с многократным повторением заданной последовательности вычислительных операций. Для этой процедуры Ада Лавлейс ввела понятие цикла – одной из фундаментальных конструкций структурного программирования[35].
В третьей программе, предназначенной для вычисления чисел Бернулли, были уже использованы рекуррентные вложенные циклы. В своих комментариях Ада Лавлейс высказала также великолепную догадку о том, что вычислительные операции могут выполняться не только с числами, но и с другими объектами, без чего вычислительные машины так бы и остались всего лишь мощными быстродействующими калькуляторами[36].
В 1886 г. Дорр Фелт создает устройство с необычным названием «Комптометр». Это было первое устройство с возможностью ввода данных с клавиатуры[37].
Итак, множество талантливых учёных участвовали в создании СВТ в механический этап развития СВТ: Леонардо да Винчи, Вильгельм Шик-кард, Блез Паскаль, Самюэль Морланд, Готфрид Вильгельм Лейбниц, Шарль де Кольмар, Чарлз Бэббидж и др. Результатом их усилий было изобретение арифмометра, комптометра, аналитической машины и др. К сожалению, большинство изобретений не были доведены учёными до практического использования по многим причинам: недостаток финансирования, слабый уровень развития технологий в рассматриваемый период и др. Исключение: арифмометр, придуманный в 1820 г. Шарлем де Кольмаром, который выпускался серийно и поступил в широкую продажу. С некоторыми усовершенствованиями в конструкции арифмометры прослужили человеку в общей сложности 90 лет!
1.2. Электромеханический этап развития средств вычислительной техники
Электромеханический период развития СВТ стал самым непродолжительным в истории развития СВТ. Он вобрал в себя немногим более 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ ENIAK (1945 г.)[38].
В 1888 г. Герман Холлерит, являвшийся американским инженером, сконструировал электромеханическую машину, которая могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Эта машина, названная табулятором, состояла из реле, счётчиков, сортировочного ящика. Данные на каждого человека наносились на перфокарты, почти не отличающиеся от современных, в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину данные, отмеченные дырочками, снимались путем прощупывания системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчётов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика[39].
В 1890 г. изобретение Холлерита было впервые использовано для 11-й американской переписи населения. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем десятилетием ранее 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сумел выполнить с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели[40].
Следует отметить, что данное изобретение имело успех не только в США, но и в Европе, где стало широко применяться для статистических исследований. Несколько таких машин закупила и Россия[41]. Холлерит был удостоен нескольких премий и получил звание профессора Колумбийского университета. В 1896 г. ученый организовал в Нью-Йорке компанию по производству машин для табуляции (Tabulating Machine Company), которая впоследствии выросла в International Business Machines Corporation– IBM.
В 1938 г. Цузе в домашних условиях собрал электромеханическую машину Z1. Машина имела клавиатуру для ввода задач и панель с лампочками, на которой высвечивался результат. Затем Цузе заменил неудобное печатающее устройство на перфоленту, которую изготовил из старой 35-миллиметровой пленки, и назвал новую модель Z2. Когда началась война, Цузе получил поддержку германского правительства на разработку компьютера для военных целей - конструирования самолетов и ракет[42]. В 1941 г., на два года опередив Эйкена, Цузе создал третью модель – Z3, основанную на электромеханических реле и работавшую в двоичной системе счисления. Z3 состояла из 600 реле счётного устройства и 2000 реле устройства памяти. Числа можно было «записать» в память и «считывать» оттуда посредством электрических сигналов, которые проходили через реле. Реле либо пропускали сигнал, либо не пропускали. Машина считывала программу механически шаг за шагом (линейно) и проводила от 15 до 20 вычислительных операций в секунду[43]. В это же время Цузе приступил к постройке Z4, в которой все механические части должны были быть заменены на электронные лампы. Во время бомбежек Берлина все машины Цузе, кроме Z4, погибли[44].
Итак, электромеханический период развития СВТ стал самым непродолжительным в истории развития СВТ. Большой вклад внесли в развитие СВТ на данном этапе такие ученые как Герман Холлерит, Цузе. Это время стало временем изобретения первого табулятора (электромеханической счётной машины) Г. Холлеритом.
ЭВОЛЮЦИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ С 1946 ГОДА ПО НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
С 1946 г. начинается электронный этап развития СВТ, который продолжается и в настоящее время, хотя некоторые учёные называют его наноэлектронным этапом развития СВТ[45].
Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была создана в США после второй мировой войны, в 1946 г. Создателями первой электронной машины Eniac были Джон Мочли и Дж. Преспер Экерт.
В 1947 г. сотрудники лаборатории Bell Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Берттейн создают первый в мире транзистор[46]. Открытие транзистора – важнейшая веха в истории создания компьютеров, ведь именно транзисторы стали основой всех микропроцессоров. Скрытые внутри процессорного «камня» транзисторы наделяют современный компьютер "умом". В 1954 г. компания Texas Instruments начала серийное производство кремниевых транзисторов на промышленной основе. В 1956 г. в Технологическом институте города Массачусетс создан первый компьютер на основе транзисторов.
В 1958-1959 гг. Джек Килби и Роберт Нойс создают интегральную микросхему – первый прототип современных микропроцессоров.
Представляется интересным немного подробнее остановиться на достижениях Роберта Нойса – американского инженера, изобретателя интегральной схемы, системы взаимосвязанных транзисторов на единой кремниевой пластинке, основателя (в 1968 г., совместно с Г. Муром) корпорации Intel[47].
В 1949 г. Нойс окончил Гриннелл-колледж в Айове со степенью бакалавра, а в 1953 г. получил докторскую степень в Массачусетском технологическом институте. В 1956-1957 гг. работал в полупроводниковой лаборатории изобретателя транзисторов У. Шокли, а затем вместе с семью коллегами уволился и основал одну из первых электронных фирм по производству кремниевых полупроводников – Fairchild Semiconductor (Фэйрчайлд Семикондактор), которая дала название Силиконовой долине в Северной Калифорнии. Одновременно, но независимо друг от друга Нойс и Килби изобрели интегральную микросхему[48].