Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 0
В 1881 году Л. Томас организовал в Париже серийное производство арифмометров. Он взял свое начало на использовании ступенчатого валика Лейбница и в дальнейшем развил его идею. Арифмометр стал удобной формой ввода числа, а так же он был оснащен противоинерционным устройством и механизмом гашения числа. Такой арифмометр получил название томас- машины и его серийность была невелика - за весь век. было выпущено не более 2000 таких машин. Однако такие машины отличались долгим сроком использования - арифмометр использовался даже при расчетах, связанных с подготовкой плана ГОЭЛРО в 1920 году.
Еще одним не маловажным этапом в развитии арифмометров следует считать создание в 1888 году машины Болле, которая могла перемножать втрое быстрее существующих на то время арифмометров.
Но существующие на тот момент различного типа вычислительные устройства не могли решать все поставленные задачи. И только создание в 1874 году В. Орднером своей модели арифмометра, в основе которой лежало специальной конструкции зубчатое колесо Орднера, можно считать началом математического машиностроения. Арифмометр Орднера совершенствовался и выпускался в нескольких вариантах, получив целый ряд высоких наград. Рост производства арифмометров Орднера продолжался как в Советском союзе, так и за рубежом; с 1931 года он получает название Феликс, под которым хорошо известен и ныне существующим поколениям отечественных вычислителей.
Особое место среди разработок механического этапа развития вычислительной техники занимают работы Ч.Бэбиджа. Он больше уделял созданию машин: разностной и аналитической вычислительной машине. Разностная машина предназначалась для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным свойством в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками. Однако, данный проект не был доведен до конца, но на идеях Бэббиджа были созданы разностные машины, которые нашли широкое применение в науке и технике. Второй проект Бэбиджа - аналитическая машина, она использовала принцип программного управления и явившегося предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы 19 века, а в 1843 году Алой Лавлейс для машины Бэбиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Оба эти достижения можно считать выдающимися. Проект аналитической машины не был реализован, но получил широкую известность. Бэбидж разработал множество чертежей самой машины, изготовил ряд ее блоков; его сын Генри пытался реализовать проект, но он так и остался нереализованным. Идея аналитической машины возникла у Бэбиджа в процессе работы над разностной машиной. Аналитическая машина предназначена была для вычисления любого действия и была задумана чисто механической. В начале 1836 года Бэбидж уже четко представлял себе основную конструкцию машины, а в 1837 году в статье "О математической производительности счетной машины" он достаточно подробно описывает свой проект. Аналитическая машина, по его мнению, состояла из следующих четырех основных частей:
- блок хранения исходных, промежуточных данных и результатов вычислений;
- блок обработки чисел из склада;
- блок управления последовательностью;
- блок ввода исходных данных и печати результатов.
Ч. Бэбидж в своей машине использовал механизм, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда, использующему специальные управляющие перфокарты. По идее Бэбиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфокарт в каждом. У Бэбиджа было много идей о создании современных вычислительных машин, однако ему не хватало средств на воплощение их.
Основная заслуга А. Лавлейс состоит не только в создании первой программы для машины Бэбиджа, но и в разработке подробного описания к ней. Лавлейс сама проектировала некоторые узлы машины и исследовала вопросы применения двоичной системы, а также выдвигала идеи, которые получили применение только в наше время.
3.Электромеханический этап развития вычислительной техники.
Этап электромеханического развития вычислительной техники был менее длительным, приблизительно около 60 лет. От создания первого табулятора, разработанного в 1887 году Г. Холлеритом, до первой электронно-вычислительной машины ENIAC созданной в 1945 году. Предпосылкой формирования проектов этого этапа стала потребность для выполнения многочисленных расчетов (статистика, экономика и т.д.), так же развитие электротехники (электромеханическое реле, электропривод), что позволило создать ЭВУ (электромеханические вычислительные устройства). Одним из классических типов электромеханического этапа развития было создание счетно-аналитического комплекса, который был предназначен с целью обрабатывания информации на перфокарточных носителях.
В 1887 году в США Г.Холлеритом был создан первый счетно-аналитический комплекс, который состоял из: табулятора, ручного перфоратора и сортировочной машины. Пользуясь идеями Бэбиджа и Жаккарда, Г. Холлерит стал использовать перфокарты в качестве носителя для информации (так же он рассматривал и перфо-ленточный вариант); остальные же элементы комплекса были оригинальны. Основное назначение комплекса было статистическое обрабатывание перфокарт. В одних из первых моделях этих комплексов была использована сортировка перфокарт в ручном режиме (замененная в 1890 году электрической), а табулятор был основан на базе простых электромеханических реле. В 1887 году в США в городе Балтимор было проведено испытание этого комплекса (составление таблиц), а основное испытание уже модифицированного комплекса были проведены в 1889 году, на примере обрабатывания результатов переписи населения Сент-Луиса (США). Эти испытания были весьма успешными, и табулятор Холлерита стремительно приобрел международное признание, используясь с целью переписи населения в Российской Федерации (1897 году), Соединенных штатах Америки и Австро-Венгрии (1890 году), Канаде (1891 году). В 1897 году Холлерит основал компанию, которая в дальнейшем была названа IBM. Значимость трудов Г.Холлерита для развития вычислительной техники обуславливается двумя главными факторами. Во-первых он стал основателем нового направления в вычислительной технике (счетно-аналитического), заключавшемся в использовании табуляторов, так же сопутствующего им оборудования с целью выполнения научно-технических и экономических расчетов. На базе этой вычислительной техники были созданы машинно-счетные станции c для механизированной обработки информации, ставшие прототипом современных вычислительных центров (ВЦ). В 20-30 годы ХХ века использование счетно-перфорационной техники, стало основным фактором для развития вычислительной техники; только лишь возникновение электронно-вычислительной машины ограничило её использование. Во-вторых, после того как прекратили использовать табуляторы, главным носителем данных (ввод-вывод) для ЭВМ осталась перфокарта, а качестве периферийных применяются перфокарточные устройства, которые были предложены Г.Холлеритом. Даже в наши дни применение разнообразных устройств (ввода-вывода) данных не смогли полностью отменить использования перфокарточной технологии. В некоторых странах развивая работы Г. Холлерита, разрабатывали и производили модели счетно-аналитических комплексов, из них наиболее популярным и массовым были комплексы от фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль. Применяемая в первое время перфорационная техника с целью статистической обработки, в дальнейшем начинает широко применяться для: экономических задач, механизации бухучета и для расчетов научно-технического характера (астрономических расчетов и т.д.). В Советском Союзе первое использование перфорационной техники для астрономических расчетов приходится к началу 30-х годов, а с 1938 года с целью математических исследований в СССР создают самостоятельную машиносчетную станцию. Завершающим периодом (40-е годы 20 века) электромеханического развития вычислительной техники характеризуется как создание множества сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, которые характеризовались алгоритмической универсальностью и способностью выполнять сложные научно-технические вычисления со скоростями в автоматическом режиме, которые превышали скорость работы арифмометров с электроприводом. Наиболее большие проекты этого периода были выполнены в Германии (К.Цузе) и США (Г.Айкен, Д.Атанасов и Д.Стиблиц). Эти проекты можно рассматривать как прямые предшественники универсальных ЭВМ.
Конрад Цузе создал универсальную вычислительную машину с программным управлением, информация, которая хранилась в запоминающем устройстве. Но его созданная первая модель Z-1 (давшая начало серии Z-машин) уступала конструкции Бибиджо- в которой была условная передача управления. Другая модель Z-2 не была закончена т.к. Цузе был призван в армию, но вскоре демобилизован в связи с заинтересованностью его трудами в военном ведомстве Германии. В 1939-1941 годах К.Цузе при финансовой помощи военного ведомства создал модель Z-3, которая стала первой программно-управляемой универсальной вычислительной машиной. Завершив машину Z-3 в 1941 году, К.Цузе до конца войны занимался вопросами вычислительной техники. Уже после войны труды К. Цузе были направлены на теоретические исследования в вопросах программирования и архитектуры вычислительной техники. Здесь он высказывал целый ряд весьма прогрессивных для того времени идей (структуры команд ЭВМ, параллельное программирование и др.).
В 1937 году в Соединенных Штатах Америки Дж.Атанасов начал работы по созданию ЭВМ, которые были предназначены для решение задач по математической физике. Он создал и запатентовал первые электронные схемы узлов ЭВМ, а работая вместе с К.Берри, к 1942 году была сделана электронная машина АВС, которая повлияла на Д.Моучли, что значительно ускорило создание первой электронно-вычислительной машины ENIAC в 1945 году.
В 1944 году в Соединенных Штатах Америки Г.Айкен создал автоматическую управляемую вычислительную машину MARK-1, которую считали первой электромеханической машиной для сложных математических задач до знакомства с работами К.Цузе. Заключительным большим проектом релейной вычислительной техники считается построенная в 1957 году в СССР релейная вычислительная машина РВМ-1 и эксплуатирующаяся до конца 1964 года для решения экономических задач.
Алан Мэтисон Тьюринг – был выдающимся английским математиком, который совершил грандиозное открытие, которое положило начало компьютерной эпохе. В свои неполные 24 года, он мысленно смог сконструировать абстрактный механизм, призванный решить одну из фундаментальных проблем математики, которая была поставлена знаменитым немецким профессором Давидом Гильбертом в 1900 году на Парижском Международном конгрессе математиков. Этим самым Тьюринг смог дать не только четкий ответ на эту конкретную задачу, но и, что гораздо важнее, - он смог сформировать научную основу алгоритма и предвосхитил архитектуру современных компьютеров. Более того, что сама его идея решение задачи путем конструирования абстрактных механизмов, исполняемых на электронных устройствах, стала одной из важнейшей для зарождения новой профессиональной сферы интеллектуальной деятельности - программирования. Тьюринг смог показать, что не существует "чудесная машина", которая способна решать все математические задачи. Но продемонстрировав ограниченность её возможностей, построив на бумаге то, что позволяло решать очень многое и что мы теперь можем называть словом "компьютер". Машина Тьюринга имеет бесконечную в обе стороны ленту, разделенную на квадратики (ячейки). В каждой ячейке могут быть записаны некоторые символы из фиксированного (для данной машины) конечного множества, называемого - алфавитом данной машины. Один из таких символов алфавита выделен и называется "пробелом", предполагается, что изначально вся лента пуста, то есть, заполнена пробелами. Машина Тьюринга может менять содержимое ленты с помощью специальной читающей и пишущей головки, которая движется вдоль ленты. В каждый момент головка находится в одной из ячеек. Машина Тьюринга получает от головки информацию о том, какой символ та видит, и в зависимости от этого (и от своего внутреннего состояния) решает, что делать. То есть символ, который нужно записывать в текущую ячейку и куда его нужно сдвинуться после этого (влево, вправо или остаться на месте). При этом также будет изменяться внутреннее состояние машины (мы предполагаем, что машина не считая ленты, имеет конечную память, то есть конечное число внутренних состояний). Еще надо договориться, с чего начинается и когда кончается работа.
Таким образом, чтобы задать машину Тьюринга, надо указать следующие объекты:
- произвольное конечное множество A (алфавит); его элементы называются символами;
- некоторый выделенный символ a0 из A (пробел, или пустой символ);
- конечное множество S, называемое множеством состояний;
- некоторое выделенное состояние s0 из S, называемое начальным;
-таблицу переходов, которая определяет поведение машины в зависимости от состояния и текущего символа.
4.Электронный этап развития вычислительной техники.
В силу физико-технической природы релейная вычислительная машина не могла существенно увеличить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безынерционные элементы высокого быстродействия.
К началу 40-х годов 20 века электроника уже была оснащена необходимым набором таких элементов. С изобретением М. Бонч-Бруевичем в 1913 году “триггера” (электронное реле, двухламповый симметричный усилитель с положительной обратной связью, в качестве базового компонента использует электронную вакуумную лампу триод, изобретенную в 1906 году.) появилась реальная возможность создания быстродействующей электронной вычислительной машины. Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ознаменовали собой новое направление в вычислительной технике, интенсивно развиваемое и в настоящее время в различных направлениях.
Первой электронно-вычислительной машиной принято считать машину “ENIAC”, созданную в Соединенных Штатах Америки в конце 1945 года. Первоначально она была предназначена для решения задач баллистики, но эта машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Главным консультантом этого проекта являлся - Д. Моучли, а главным конструктором являлся - Д. Эккерт. Проект создания “ENIAC”, начатый в апреле 1943 года, был полностью завершен в декабре 1945 года. В качестве официальной апробации ЭВМ была выбрана задача оценки принципиальной возможности для создания водородной бомбы. Машина успешно прошла испытания, обработав около 1 миллиона перфокарт фирмы IBM с исходными данными.
Полностью завершенная в 1952 году, ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов и около 27000 других электронных элементов.
В конце 1944 года к проекту в качестве научного консультанта был подключен 41-летний Джон фон Нейман, который к тому времени уже имевший большой авторитет в научном мире как математик, внесший значительный вклад в квантовую механику и создавший математическую теорию игр. Переработав идеи Эккерта и Мочли, а также, дав оценку ограничения «ENIAC», Джон фон Нейман составил широко цитируемый отчёт, описывающий проект компьютера (EDVAC), в котором и программа, и данные хранились в единой универсальной памяти. Принципы построения этой машины стали известны под названием: «архитектура фон Неймана», которые послужили основой для разработки самых первых по-настоящему гибких, универсальных цифровых компьютеров. Принципы организации ЭВМ, предложенных фон Нейманом, стали общепринятыми.
Находясь в творческой командировке в группе с разработчиками “EDVAC” и ознакомившись с идеями Джона фон Неймана, М. Уилкс, при возвращении в Кэмбриджский университет (Англия), сумел на два года раньше (в мае 1949 года.) завершить разработку первой в мире электронно-вычислительной машины с хранимыми в памяти программами. Его компьютер “EDSAC” работал в двоичной системе счисления, выполняя одноадресные команды в количестве 18, и оперировал как с короткими (17 бит), так и с длинными (35 бит) словами.
Компьютер “EDSAC” положил начало к новому этапу развития вычислительной технике - первому поколению универсальных ЭВМ. За первым поколением ЭВМ последовали и все остальные этапы стремительного развития компьютеров.
Применение компьютеров. Первые компьютеры были созданы исключительно для вычислений (что было отражено в их названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные и простые компьютеры, созданные в этой области, во много раз превосходят людей. Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, который предназначался исключительно для выполнения математических расчётов.
Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, базы данных были нужны правительствам и банкам. Базы данных требовали уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для таких целей был разработан язык программирования Кобол. Позже появились система управления базами данных (СУБД) со своими собственными языками программирования.
Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие осуществлялось от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё большая часть техники начинала включать в себя управляющий компьютер.
Моделирование структуры молекулы при помощи компьютерной программы. Наконец, компьютеры стали развиты настолько, что стали главным информационным инструментом, как для офиса, так и для дома. Сейчас практически каждая работа с информацией зачастую используется через компьютер - будь то набирание текста или просмотра фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Главное применение нынешних современных домашних компьютеров - это навигация в интернете и простота поиска информации (возможность научится чему-то новому, экономия своего времени – возможность делать всё онлайн), просмотр различных фильмов, прослушивание музыки, общение в социальных сетях и игры.