Механический период

В 1623 г. В. Шиккард предложил первую, из известных ныне, счетную машину. Документы с описанием машины Шиккарда затем были обнаружены и в архивных фондах библиотеки Штутгарта. Принцип действия этой машины восстановил тюбингенский профессор Б. Фрейтаг-Лёрингхофф[1].

Машина содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов. Первый блок — шестиразрядная суммирующая машина – представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо – палец. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестеренку на десятую часть полного оборота, после того как шестеренка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестеренки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести при помощи специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с «навернутыми» на них таблицами умножения.

Считается, что первым реально осуществленным и ставшим известным механическим цифровым вычислительным устройством стала «паскалина» великого французского ученого Блеза Паскаля, изготовленная в 1642 году. 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).

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. Хоть машина Лейбница и была похожа на «Паскалину», она имела движущуюся часть и ручку, с помощью которой можно было крутить специальное колесо или цилиндры, расположенные внутри аппарата. Такой механизм позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение тоже осуществлялось автоматически.

Прошло еще более ста лет и лишь в конце XVIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники – «программное» (с помощью перфокарт) управление ткацким станком, созданное Жозефом Жакаром. В 1802 г. он построил машину, которая облегчила процесс производства тканей со сложным узором. При изготовлении такой ткани нужно поднять или опустить каждую из ряда нитей. После этого ткацкий станок протягивает между поднятыми и пущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке и станок снова пропускает через них нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором. Для задания узора на ткани Жаккар использовал ряды отверстий на картах. Карта закреплялась на станке в устройстве, которое могло обнаруживать отверстия на карте. Это устройство с помощью щупов проверяло каждый ряд отверстий на карте. Информация на карте управляла станком.

Эти новшества были использованы англичанином Чарльзом Бэббиджем, осуществившим качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники - переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. В 1834 году он изобрел аналитическую машину. Она состояла из «склада» для хранения чисел, «мельницы» – для производства арифметических действий над числами, устройства, управляющего в определенной последовательности операциями машины, устройства ввода и вывода данных. Данные принципы стали фундаментальными для вычислительной техники:

· автоматическое выполнение операций;

· работа по вводимой «на ходу» программе (с помощью перфокарт);

· необходимость устройства для хранения данных.

В 1818 г. К. Томас, воспользовавшись идеями знаменитого немецкого ученого Готфрида Лейбница (1646–1716), изобрел счетную машину для выполнения четырех арифметических действий и назвал ее арифмометром.

Основу конструкции арифмометра К.Томаса составили ступенчатые валики Г.Лейбница. Одному разряду соответствовал один ступенчатый валик. Против каждого валика находилась установочная зубчатка, которая могла двигаться вдоль четырехгранной оси с помощью ползуна, заканчивающегося на лицевой панели кнопкой. При установке чисел кнопка свободно передвигалась по прорезям-разрядам, тем самым передвигая установочную зубчатку по оси до ее совпадения с нужной цифрой. Вращая с помощью рукоятки ступенчатые валики, зубчатка входила в зацепление с соответствующим числом ступенек на валике и поворачивала его на тот или иной угол. На осях находились промежуточные шестерни, которые передавали это вращение цифровому колесу счетчика.

В 1880г. В.Т. Однер создает в России арифмометр с зубчаткой с переменным количеством зубцов, а в 1890 году налаживает массовый выпуск усовершенствованных арифмометров, которые в первой четверти XIX века были основными математическими машинами, нашедшими применение во всем мире. Их модернизация «Феликс» выпускалась в СССР до 50-х годов.

Электромеханический период

В 1888 г. Герман Холлерит создает табулятор. Изобретение включало перфокарту и сортировальную машину. Табулятор принимал перфокарты размером с долларовую бумажку. На карточках имелось 240 позиций (12 рядов по 20 позиций). При считывании информации с перфокарт 240 игл пронизывали эти карты. Там, где игла попадала в отверстие, она замыкала электрический контакт, в результате чего увеличивалось на единицу значение в соответствующем счетчик. С помощью данного устройства проводили обработку результатов переписи в некоторых странах.

Табулятор положил начало целому классу вычислительных машин, считывающих информацию с перфокарт.

В 1931 Ванневар Буш разработал «дифференциальный анализатор». Анализатор более десяти лет широко применялся в различных областях – в том числе и военной. Определения точек, куда нужно навести ствол орудия, чтобы выпущенный из него снаряд встретился с атакующим самолетом, производились с помощью именно аналоговых вычислительных устройств, позднее ими были ламповые АВМ.

В 1937 г. Профессор Дж. Аванесов и его аспирант К.Берри сформулировали концепцию электронной машины АВС (Atanasoff-Berry Computer). В 1939 г. были опубликованы основные положения этой концепции:

· в своей работе машина будет использовать электричество и достижения электроники;

· ее работа будет основана на двоичной системе счисления;

· основой запоминающего устройства послужат конденсаторы, содержимое которых будет обновляться во избежание ошибок;

· расчет будет проводиться с помощью логических, а не математических, операций.

Информация в данном устройстве, созданном в 1939 г., вводилась с перфокарт. Блок управления был собран на электронных лампах и позволял осуществлять многократное поразрядное сложение и вычитание чисел.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война: американским военным понадобился компьютер, которым стал «Марк-1» - первый в мире автоматический вычислительный компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. «Марк-1» реализовал идеи Бэббиджа. Для представления чисел в нём были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические Также в нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Программа обработки данных вводилась с перфоленты.

«Марк-1» мог перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

Дата добавления: 2014-01-04