Кодирование информации

     Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются ≪реальные≫ звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов [8, с. 26]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

34.   Роль зарубежных и отечественных ученых в развитии ЭВМ 

     Современным компьютерам предшествовали механические и электромеханические устройства.  В 1642 году французский математик и философ   Блез Паскаль в возрасте 18 лет сконструировал суммирующую машину. Машина Паскаля состояла из восьми движущихся дисков с прорезями и могла суммировать числа до восьми знаков. Для своей машины Паскаль использовал десятичную систему исчисления.

     Известны  и более ранние попытки создания механических суммирующих машин. Подобное устройство было также описано в 1623 году Вильгельмом Шикардом. До наших дней дошли только чертежи Шикарда, обнаруженные в 1956 году. В 1694 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, используя чертежи и рисунки Паскаля, улучшил машину Паскаля, добавив возможность перемножать числа            [4, с. 32].

     Начало  эры компьютеров в том виде, в котором они существуют сейчас, связано с именем английского математика Чарльза Бэббиджа, который в 30-х годах XIX века предложил идею вычислительной машины, осуществленной лишь в середине XX века. В 1822 году Бэббидж предложил создание машины для решения дифференциальных уравнений. В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники [3].

     После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта  внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1889 году сконструировал перфокарточное устройство для решения статистических задач [3].

     Холлерит  использовал перфокарты для хранения данных. Цифры на перфокарте изображались одинарными отверстиями, а буквы  алфавита – двойными. Вычислительная машина Холлерита оказалась по тем временам очень быстрым устройством обработки данных [4, с. 34].

     В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров [3].

     Кроме механических и электромеханических  вычислительных машин появились  также аналоговые вычислительные машины, в которых обработка информации происходила с помощью специально подобранного физического процесса, моделирующего вычисляемую закономерность. Простейшей аналоговой вычислительной машиной являются часы.  Первыми аналоговыми машинами были устройства, в которых главными элементами были интегрирующие и дифференцирующие устройства, позволяющие мгновенно вычислять интеграл и производную заданной функции, отслеживая её изменение во времени [4, с. 35].

     В 1940 году американцы Джон Атанасов и  Клиффорд Берри разработали модель полностью электронного компьютера (рис. 1.2), использующего единую систему представления чисел и связей между ними – булеву алгебру.  Их подход базировался на работах английского математика XIX века Джорджа Буля, посвященных аппарату символической логики. В основе булевой алгебры лежит интерпретация элементов булевой алгебры, как высказываний, принимающих значение «истина» или «ложь». Атанасов и Берри применили эту концепцию для электронных устройств. Истине соответствовали прохождение электрического тока, а лжи – его отсутствие. Для представления чисел Атанасов и Берри предложили использовать двоичную систему исчисления [4, с. 35].

                           Рис. 1.2 Вычислительная машина Атанасова-Берри

     В  1936 году английский математик Алан Тьюринг опубликовал работу «О вычислимых числах», заложив теоретические основы теории алгоритмов. Работа Тьюринга стимулировала возникновение абстрактной теории автоматов и во многом определила её особенности [4, с. 36].

     В своей работе Тьюринг описал абстрактную  вычислительную машину, которая получила название машины Тьюринга. Машина Тьюринга состоит из бесконечной в обе стороны ленты, разделенной на ячейки, и автомата (головки), которая управляется программой. Программы для машин Тьюринга записываются в виде таблицы, где первые столбец и строка содержат буквы внешнего алфавита и возможные внутренние состояния автомата (внутренний алфавит). Содержимое таблицы представляет собой команды для машины Тьюринга. Буква, которую считывает головка в ячейке (над которой она находится в данный момент), и внутренне состояние головки определяют, какую команду нужно выполнить. Команда определяется пересечением символов внешнего и внутреннего алфавитов в таблице [5].

     Новый инструмент –  ЭВМ –  служит человеку пока лишь чуть больше полвека. ЭВМ – одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса. Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный          К. Цузе [3].

     В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а еще через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков [3].

     В 1944 году американский инженер Говард Эйкен при поддержке фирмы  IBM сконструировал компьютер для выполнения баллистических расчетов. Этот компьютер, названный «Марк I», по площади занимал половину футбольного поля и включал более 600 километров кабеля. В компьютере «Марк I» использовался принцип электромеханического реле, заключающийся в том, что электромагнитные сигналы перемещали механические части [4, с.38].

     В 1946 году американские ученые Джон Мокли и Дж. Преспер Эккерт сконструировали электронный вычислительный интегратор и калькулятор (ЭНИАК) – компьютер, в котором электромеханические реле были заменены на электронные вакуумные лампы. ЭНИАК стал работающим прообразом современного компьютера, так как он был основан на полностью цифровом принципе обработки информации, а также стал действительно универсальной вычислительной машиной, он использовался для расчета баллистических таблиц, предсказания погоды, расчетов в области атомной энергетики, аэродинамики, изучения космоса [4, с. 38].

     Машина  на электронных лампах работала существенно  быстрее, но сами электронные лампы  часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретенные ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы – транзисторы.

     Совершенствование первых образцов вычислительных машин  привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого  использования. UNIVAC стал первым серийно  выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США [3].

     Работы  по созданию вычислительных машин велись и в СССР. Так, в 1950 году в Институте  электроники Академии наук Украины  под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и введена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счетная машина). МЭСМ стала первой отечественной универсальной ламповой вычислительной машиной в СССР. В 1952-1953 годах МЭСМ оставалась самой быстродействующей (50 операций в секунду) вычислительной машиной в Европе. Принципы построения МЭСМ были разработаны С. А. Лебедевым независимо от аналогичных работ на Западе [3].

     В компьютерах первого поколения (1945-1956) использовался машинный язык – способ записи программ, допускающий их непосредственное исполнение на компьютере. Программа на машинном языке представляет собой последовательность машинных команд, допустимых для данного компьютера. Процессор непосредственно воспринимает и выполняет команды, выраженные в виде двоичных кодов. Для каждого компьютера существовал свой собственный машинный язык. Это также ограничивало область применения компьютеров первого поколения [4, с. 41].

     В 1954 году компания Texas Instruments объявила о  начале серийного выпуска транзисторов, так в 1956 году началась эра компьютеров  второго поколения, в этом году ученые Массачусетского  технологического института создали первый полностью построенный на транзисторах компьютер TX-O [4, с. 41].

     В Англии транзисторная ЭВМ «Elliot-803»  была выпущена в 1958 году, в ФРГ —  «Simens-2002» и в Японии H-1 — в 1958 году, во Франции и Италии — в 1960 году. В СССР группа разработчиков во главе с Е. Л. Брусиловским в 1960 году в НИИ математических машин в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2», её серийный выпуск начат в 1961 году. В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР — «Сетунь», а во Франции — CAB-500 на магнитных элементах. «Сетунь», разработанная в МГУ под руководством Н. П. Брусенцова, стала единственной серийной ЭВМ, работавшая в троичной системе счисления [3].

     В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ второго поколения «Раздан-2»  было разработано ещё около 30 моделей  по такой же технологии. Минским  заводом вычислительной техники  им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена первая транзисторная ЭВМ «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» и в 1968 году — «Минск-32», которые долгое время играли главную роль в автоматизации различных отраслей народного хозяйства [3].

     В Институте кибернетики АН УССР под  руководством В. М. Глушкова в 60-е гг. ХХ века разработан ряд различных  малых машин: «Проминь» (1962 г.), «Мир», «Мир-1» (1965 г.) и «Мир-2» (1969 г.) — впоследствии применяемых в вузах и научно-исследовательских организациях.

     В 1964 году в Ереване также были созданы  малые ЭВМ серии «Наири», отличающихся от ЭВМ «Мир» некоторыми структурными особенностями.

     В том же году в Пензе была разработана  и пущена в производство серия  машин «Урал» (главный конструктор  Б. И. Рамеев), позже в 1965 и 1967 гг. появились модификации — «Урал-11» и «Урал-16». ЭВМ серии «Урал» имели унифицированную систему связи с периферийными устройствами.

     В целом, данный период развития вычислительной техники характеризуется применением  для создания компьютеров транзисторов и памяти на ферритовых сердечниках, увеличением быстродействия компьютеров до нескольких сотен тысяч операций в секунду, возникновением новых технологий программирования, языков программирования высокого уровня (Фортан, Кобал), операционных    систем [4, с. 43].

     Следующим периодом развития компьютерных технологий был период третьего поколения компьютеров (1964-1979). В 1958 году инженер компании Texas Instruments Джек Килби предложил идею интегральной микросхемы – кремниевого кристалла, на который монтируется миниатюрные транзисторы и другие элементы. В этом же году Килби представил первый образец интегральной микросхемы, содержащий пять транзисторных элементов на кристалле германия. В следующем году Роберт Нойс создал интегральную микросхему на основе кристалла кремния. Впоследствии Роберт Нойс основал компанию «Intel» по производству интегральных микросхем [4, с. 43].

     В 1964 году компания IBM выпустила компьютер IBM System 360   (рис. 1.3), построенный на основе интегральный микросхем. Семейство компьютеров IBM System 360 – самое многочисленное семейство компьютеров третьего поколения и одно из самых удачных в истории вычислительной техники [4, с. 44].

         Рис. 1.3 Один из самых популярных компьютеров третьего поколения IBM System 360  

     При создании семейства «System-360» разработчики встретились с трудностями при  создании операционной системы, которая  должна была отвечать за эффективное  размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 — для больших [3]. Главными разработчиками фирмы IBM в то время являлись Д. Амдал и Г. Блау.

     IMB System 360 относится к классу так называемых мэйнфреймов. Компания DEC представила модель миникомпьютера PDP-8 (рис. 1.4). Мини-компьютеры характеризуются высокой надежностью и низкой стоимостью [4, с. 44].