4.Предыстория возникновения.
Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи. Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г.). В 1623 г. через 100 с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый Вильгельм Шиккард предложил свое решение той же задачи на базе шестиразрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения были обнаружены только в наше время и оба остались только на бумаге. Первым реально осуществленным и ставшим известным механическим цифровым вычислительным устройством стала "паскалина" великого французского ученого Блеза Паскаля - 6-ти (или 8-ми) разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г.). Через 30 лет после "паскалины" в 1673 г. появился "арифметический прибор" Готфрида Вильгельма Лейбница - двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. "Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно" - с гордостью писал Лейбниц своему другу. Прошло еще более ста лет и лишь в конце XYIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники - "программное" с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакаром, и технология вычислений, при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, разделившего численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой. Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим, качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники - переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект Аналитической машины - механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств - арифметическое АУ, запоминающее ЗУ, управления, ввода, вывода (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений - сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление - за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода. Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы, были составлены Адой Августой Лавлейс - дочерью Байрона. Были созданы отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости создать не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50.000. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Беббидж, но она оказалась слишком сложной для техники того времени.
После этих попыток развитие ЭВМ, с конструкторской точки зрения, вплоть до конца 30 – х годов прошлого столетия.
3.Электромеханические счетные машины
Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась при переписи населения. В качестве носителя информации применялись перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовала до наших дней.
В 1938 г. Конрад Цузе заканчивает свой первый компьютер Z1 c механическими модулями памяти. Несмотря на то что Z1 работал через два раза на третий, Конрад получает государственную поддержку, и уже следующую модель, Z2, он делает через год на деньги Третьего рейха. Цузе уже собрался было перейти к Z3, но тут немецкое правительство внезапно вспоминает, что этот, без сомнения, толковый парень еще не был в армии, и Цузе отправляется служить. Демобилизовавшись в 1941 г., упрямый Цузе заканчивает Z3, который считается самой передовой разработкой того времени, но пробить дополнительного финансирования вдохновленному успехами инженеру не удается (Германия уже воюет с Советским Союзом и, казалось бы, так близка к победе, что обойдется покудова и без компьютеров).Пока истинный ариец Цузе драил полы в казарме, американец болгарских кровей Джон Атанасов построил прототип электронного компьютера, основанного на бинарной арифметике. Компьютер назвали просто - ABC, но запатентовать не удосужились, о чем потом жалели. В опубликованной в 1950 году статье Алан Тьюринг предсказывал, что когда-нибудь появятся компьютеры, способные имитировать человеческий разум. Там же он описал так называемый тест Тьюринга, где предлагал считать разумной всякую машину, которая сумеет так удачно прикинуться человеком, отвечая на серию заданных ей вопросов, что спрашивающий не сможет определить, кто ему отвечает, человек или компьютер. Как классифицировать обратную ситуацию, когда спрашивающий ошибочно называет человека компьютером, Тьюринг, к сожалению, внятно не ответил. В 1963 году, основываясь на сложных идеях Тьюринга и простой человеческой глупости, Джозеф Вайценбаум пишет программу Eliza, которая проходит тест Тьюринга, найдя себе сестру по разуму: при тестировании Eliza одурачила одну из не в меру мудрых сотрудниц Вайценбаума. Старый как мир секрет Eliza заключался, главным образом, в умении вовремя отвечать вопросом на вопрос.
А первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную под руководством Джона Моучли и Джона Экера в Пенсильванском университете в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины и был построен в 1945 г.
Компьютеры 40-х и 50-х годов были доступны только крупным компаниям и учреждениям, так как они стоили очень дорого и занимали несколько больших залов.
5.Машины Фон-Неймановского типа.
В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения ДЖОНОМ фон НЕЙМАНОМ.
Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
· Арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;
· Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
· Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
· Внешние устройства для ввода-вывода информации.
В основе работы компьютера лежат следующие принципы:
· Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
· Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
· Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
· Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Машины, построенные на этих принципах, называются Фон-Неймановскими.
6.Развитие ЭВМ в СССР
Лебедев начал работу над своей машиной в конце 1948 года. Разработка велась под Киевом, в секретной лаборатории в местечке Феофания. Независимо от Джона фон Неймана Лебедев выдвинул, обосновал и реализовал в первой советской машине принципы построения ЭВМ с хранимой в памяти программой. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) – так называлось детище Лебедева и сотрудников его лаборатории – занимала целое крыло двухэтажного здания и состояла из 6 тысяч электронных ламп. Ее проектирование, монтаж и отладка были выполнены в рекордно быстрый срок – за 2 года, силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Те, кто создавал первые вычислительные машины, были одержимы своей работой, и это вполне объяснимо. Несмотря на то, что МЭСМ по существу была лишь макетом действующей машины, она сразу нашла своих пользователей: к первой ЭВМ выстраивалась очередь киевских и московских математиков, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя.
В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:
· наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;
· кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;
· двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;
· автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;
· наличие как арифметических, так и логических операций;
· иерархический принцип построения памяти;
· использование численных методов для реализации вычислений.
После Малой электронной машины была создана и первая Большая – БЭСМ-1, над которой С.И. Лебедев работал уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР. В 1953 году, после сдачи новой ЭВМ в эксплуатацию, ее создатель стал действительным членом АН СССР и директором института, который был в то время средоточием научной мысли в области вычислительной техники.
Страницы: 1, 2, 3
