Электрические на вычислительные приборы

Электрические на вычислительные приборы

 

История развития вычислительных машин

От абака к компьютеру.

Как известно, в давность люди пользовались простейшими средствами вычислений: пальцами рук и ног, фалангами пальцев рук. Самыми простыми техническими устройствами были деревянные палочки с засечками, кожаные ремни и шнурки с узелками. Первоначальные формы торговли обусловили появление разных счетов, древнейшим из которых считается абак.

Абак изобрели в Китае. Дословно - это доска, покрытая порохом, на которой легко делать пометки. Такую доску, в отличие от палочек с засечками, использовали многократно. Некоторые разновидности абака имели углубление, куда вкладывали камешки.

Исследования в астрономии требовали для вычислений более сложных устройств. В 1614 г. Джон Непер (1550 - 1617) изобрел логарифмы. Через шесть лет была создана логарифмическая линейка, которая давала возможность быстро, но приближенно, множить и делить числа.

В 1623 г. немецкий астроном Вильгельм Шикард изобрел первую механическую вычислительную машину, но она сгорела. Сохранилась машина, которую сконструировал в 1642 г. француз Блез Паскаль (1623 - 1662). Эта машина даже сегодня может прибавлять и отнимать многозначительные числа точно, без погрешностей. В конце столетия немецкий ученый Готфрид Ляйбниць (1646-1716) усовершенствовал устройство Паскаля. Новая машина выполняла операции умножения и деления. Модернизованная многими изобретателями механическая машина дошла к нашим дням в виде арифмометров (их лишь недавно вытеснили из широкого потребления электронные калькуляторы).

Проект Беббиджа. Первый шаг к созданию современных компьютеров сделал английский математик Чарльз Беббидж (1792- 1871). С 1820 по 1856 гг. он работал над разработкой вычислительной машины, которую назвал аналитической.  
        Машина должна была решать сложные арифметические задачи, выполняя необходимые действия над данными. Ч. Беббидж работал над проектом, но цели достичь не сумел, поскольку проект значительно опередил свое время!(все же это 1850) Однако другие вычислительные устройства, которые создал Ч. Беббидж, в частности разностную машину, долго использовали налоговые службы Англии. Основные идеи Ч. Беббиджа относительно строения и работы машины - устройства введения - выведения, память и арифметическое устройство, данные, условная передача управления в зависимости от полученного результата - были настолько хорошо разработаны, что когда через сто лет появился первый компьютер, он очень напоминал аналитическую машину.

Ученица Ч. Беббиджа Ада Лавлейс (1815 - 1852), дочь шотландского поэта Джорджа Байрона, первая сформулировала принцип программной работы аналитической машины. Этот принцип состоял в том, что машина должна была работать за командами, введенными из перфокарт. Несколько команд составляли программу. А. Лавлейс справедливо считают первым в мире программистом. В ее честь назван один из современных языков программирования - Ада.  
        Электромеханические машины. В конце XХІ -в начале XX ст. были изобретенные электрические вычислительные машины. В 1875 - 1880 гг. американец Герман Холлерит (1860-1929) сконструировал машину-табулятор, которая обрабатывала информацию, занесенную на перфокарты. Обработка результатов переписи население США в 1890 г. с помощью таких табуляторов удостоверило их высокую эффективность. После этого Г. Холлерит основал фирму, которая изготовляла табуляторы. А в начале столетия на её основе возникла известная фирма ІBM (полное название - Іnternatіonal Busіness Machіnes Corporatіon).

В 20-х годах очевидной стала связь между электрическими схемами и булевой алгеброй. Это дало возможность на базе электромагнитных реле построить для вычислительных машин сложные логические схемы.  
        В 1936 г. английский ученый Алан Тьюринг (1912-1954) теоретически доказал возможность создания универсальной цифровой вычислительной машины.  
        Изобретателем автоматической вычислительной машины считают немецкого ученого Конрада Цузе. В Германии машину на базе электромагнитных реле построили в 1941 г. Аналогичные машины были разработаны в США (проект Айткена "Марк 1"), их использовали для вычислений во время роботы над созданием атомной бомбы, а также для расчетов траекторий ракет.

Электронные машины. Во время второй мировой войны профессор Джон Атаиасов (родом из Болгарии) и его ассистент К. Бери (США) для построения логических схем с успехом использовали электронные радиолампы и создали первую электронную вычислительную машину, которую называли "ABC", но она еще не была универсальной.  
        Первую универсальную электронную вычислительную машину (ЕНИАК) сконструировали в США в 1946г. под руководством Дж. Моучли и Дж. Еккерта.

Собственно с этих пор и начинается эра компьютеров.

На первых компьютерах в случае замены одной программы нужно было делать другую коммутацию (изменять способ соединения) блоков машины. Этот недостаток устранил конструктор Морис Уилкс из Англии, построив в 1949 г. машину "ЕДСАК", где впервые реализовал сформулированный Джоном Фон Нейманом принцип сохранения программы в памяти машины. В 1951 г. в США начался серийный выпуск универсальных компьютеров марки "ЮНИАК".

В бывшем СССР первый компьютер создан в Украине, сконструированный в Киеве в 1951 г. он назывался "МЭВМ" (маленькая электронная вычислительная машина). В 1952 г. построена машина "БЭВМ" (большую электронную вычислительную машину). Этими проектами руководил академик Сергей Лебедев.

После компьютер постоянно совершенствовался, а сейчас по–праву считается лучшим изобретением ХХ ст.

 

Начальный этап развития вычислительной техники

Все началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Еще около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.

 

 

Рис.1. Блез Паскаль (1623 – 1662) и его счетная машина

 

От замечательного курьеза, каким  восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного  и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного  устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объема вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооруженного соответствующей техникой. Над ее созданием и совершенствованием работали как выдающиеся ученые с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.

Еще в 70-х годах нашего века на полках магазинов стояли механические арифмометры  и их “ближайшие родственники”, снабженные электрическим приводом – электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенно иного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит еще к первой половине прошлого века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.

 

Начало современной  истории электронной вычислительной техники

Подлинная революция в вычислительной технике произошла в связи  с применением электронных устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов одновременно в США, Германии, Великобритании и СССР. К этому времени электронные лампы, ставшие технической основой устройств обработки и хранения цифровой информации, уже широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.

Первой действующей ЭВМ стал ENIAC (США, 1945 – 1946 гг.). Его название по первым буквам соответствующих английских слов означает “электронно-числовой интегратор и вычислитель”. Руководили ее созданием Джон Моучли и Преспер Эккерт, продолжившие начатую в конце 30-х годов работу Джорджа Атанасова. Машина содержала порядка 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических элементов. Ее энергопотребление равнялось 150 кВт, что вполне достаточно для обеспечения небольшого завода.

Практически одновременно велись работы над созданием ЭВМ в Великобритании. С ними связано прежде всего имя Аллана Тьюринга – математика, внесшего также большой вклад в теорию алгоритмов и теорию кодирования. В 1944 г. в Великобритании была запущена машина “Колосс”.

Эти и ряд других первых ЭВМ не имели важнейшего с точки зрения конструкторов последующих компьютеров качества – программа не хранилась в памяти машины, а набиралась достаточно сложным образом с помощью внешних коммутирующих устройств.

Огромный вклад в теорию и  практику создания электронной вычислительной техники на начальном этапе ее развития внес один из крупнейших американских математиков Джон фон Нейман. В историю науки навсегда вошли “принципы фон Неймана”. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация. Первая ЭВМ с хранимой программой (EDSAC) была построена в Великобритании в 1949 г.

Рис. 3. Джон фон Нейман (1903-1957)

Рис. 4. Сергей Александрович Лебедев (1902-1974)

В нашей стране вплоть до 70-х годов создание ЭВМ велось почти полностью самостоятельно и независимо от внешнего мира (да и сам этот “мир” был почти полностью зависим от США). Дело в том, что электронная вычислительная техника с самого момента своего первоначального создания рассматривалась как сверхсекретный стратегический продукт, и СССР приходилось разрабатывать и производить ее самостоятельно. Постепенно режим секретности смягчался, но и в конце 80-х годов наша страна могла покупать за рубежом лишь устаревшие модели ЭВМ (а самые современные и мощные компьютеры ведущие производители – США и Япония – и сегодня разрабатывают и производят в режиме секретности).

Первая отечественная ЭВМ –  МЭСМ (“малая электронно-счетная машина”) -была создана в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева, крупнейшего советского конструктора вычислительной техники, впоследствии академика, лауреата государственных премий, руководившего созданием многих отечественных ЭВМ. Рекордной среди них и одной из лучших в мире для своею времени была БЭСМ-6 (“большая электронно-счетная машина, 6-я модель”), созданная в середине 60-х годов и долгое время бывшая базовой машиной в обороне, космических исследованиях, научно-технических исследованиях в СССР. Кроме машин серии БЭСМ выпускались и ЭВМ других серий – “Минск”, “Урал”, М-20, “Мир” и другие, созданные под руководством И.С.Брука и М.А.Карцева, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Ю.А.Базилевского и других отечественных конструкторов и теоретиков информатики.

С началом серийного выпуска  ЭВМ начали условно делить по поколениям; соответствующая классификация изложена ниже.

Рис. 5. Первая в мире ЭВМ ENIAC