Світова історія розвитку цифрової обчислювальної техніки ( I – частина )
|
|
Скачати 324.03 Kb.
|
|
“…для человека же, главной частью которого является ум, на первом месте должна стоять забота о снискании его истинной пищи - мудрости.” (Декарт) Світова історія розвитку цифрової обчислювальної техніки ( I – частина ) Сіденко О.М., ЗОШ №21, м. Черкаси В наш час інформатика і її практичні результати стають найважливішим двигуном науково-технічного прогресу і розвитку людського суспільства. Її технічною базою є засоби обробки і передачі інформації. Швидкість їхнього розвитку разюча, в історії людства цьому процесові немає аналога. Тепер вже очевидно, що наступаюче XXI століття буде століттям максимального використання досягнень інформатики в економіці, політиці, науці, медицині, побуті, військовій справі і т.д. Останні десятиліття характерні зростанням інтересу до історії розвитку інформатики, в першу чергу до історії появи перших цифрових обчислювальних машин і їхніх творців. У більшості розвинутих країн створені музеї, що зберігають зразки перших машин, проводяться конференції і симпозіуми, випускаються книги про пріоритетні досягнення в цій області. Історія створення засобів цифрової обчислювальної техніки сягає в глиб століть. Вона захоплююча і повчальна, з нею пов'язані імена видатних учених світу.  Леонардо да Вінчі (автопортрет) У щоденниках геніального італійця Леонардо да Вінчі (1452-1519) вже в наш час був знайдений ряд малюнків, що виявилися ескізними кресленнями обчислювальної машини на зубчастих колесах, здатної складати 13-розрядні десяткові числа. Фахівці відомої американської фірми IBM відтворили машину в металі і переконалися в повній правоті ідеї вченого. Його лічильну машину можна вважати першою віхою в історії цифрової обчислювальної техніки. Це був перший цифровий сумматор, своєрідний зародок майбутнього електронного сумматора -найважливішого елемента сучасних ЕОМ, поки ще механічний, дуже примітивний (з ручним керуванням). У ті далекі від нас роки геніальний учений був, імовірно, єдиним на Землі , хто зрозумів необхідність створення пристроїв для полегшення обрахунків. Однак потреба в цьому була настільки малою (точніше, її не було зовсім!), що лише через сто з зайвим років після смерті Леонардо да Вінчі знайшовся інший європеєць - німецький учений Вільгельм Шиккард (1592-1636), що не читав, природно, щоденників великого італійця, - який запропонував своє бачення цієї задачі. Причиною, що спонукала Шиккарда розробити лічильну машину для обрахунку чисел, було його знайомство з польським астрономом І. Кеплером. Ознайомивши з роботою великого астронома, зв'язаною в основному з обчисленнями, Шиккард загорівся ідеєю надати йому допомогу в нелегкій праці. У листі на його ім'я, відправленому в 1623 p., він показує малюнок машини і розповідає, як вона влаштована. На жаль, даних про подальшу долю машини історія не зберегла. Очевидно, рання смерть від чуми, що охопила Європу, перешкодила вченому виконати його задум.  Лічильна машина Шиккарда Про винаходи Леонардо да Вінчі і Вільгельма Шиккарда стало відомо лише в наш час. Сучасникам вони були невідомі. У XVII столітті ситуація різко змінюється. У 1641-1642 pр. дев'ятнадцятирічний Блез Паскаль (1623-1662), тоді ще мало кому відомий французький учений, створює діючу обчислювальну машину ("паскаліну"). Спочатку він споруджував її з одною єдиною метою - допомогти батькові в розрахунках, що проводили при зборі податків. У наступні чотири роки ним були створені перші зразки машини. Вони були шести- і восьми розрядними, будувалися на основі зубчастих коліс, могли робити обчислення. Було створено приблизно 50 зразків машин, Б. Паскаль одержав королівський привілей на їхнє виробництво, але практичного застосування "паскаліни" не одержали, хоча про них багато говорилося і писалося (в основному, у Франції). У 1673 p. інший великий європеєць, німецький учений Вільгельм Готфрід Лейбніц (1646-1716), створює обчислювальну машину (арифметичний прилад, за словами Лейбніца) для додавання і множення дванадцятирозрядних десяткових чисел. До зубчастих коліс він додав східчастий вал, що дозволяє здійснювати множення і розподіл. "...Моя машина дає можливість робити множення і розподіл над величезними числами миттєво, притому не застосовуючи послідовного додавання", - писав В. Лейбніц одному зі своїх друзів. Про машину Лейбніца було відомо в більшості країн Європи.  Вільгельм Готфрід Лейбніц (1646-1716) Таким чином, два генії XVII століття встановили перші віхи в історії розвитку цифрової обчислювальної техніки. Заслуги В. Лейбніца, однак, не обмежуються створенням "арифметичного приладу". Починаючи зі студентських років і до кінця життя він займався дослідженням властивостей двійкової системи числення, що стала надалі основою при створенні комп'ютерів. Він надавав їй якийсь містичний зміст і вважав, що на базі неї можна створити універсальну мову для пояснення явищ світу і використання у всіх науках, у тому числі у філософії. У 1799 p. у Франції Жозеф Марі Жакард (1752-1834) винайшов ткацький верстат, у якому для задання візерунка на тканині використовувалися перфокарти. Необхідні для цього вихідні дані записувалися у вигляді дірок у відповідних місцях перфокарти. Так з'явився перший примітивний пристрій для запам'ятовування і введення програмної (керуючим ткацьким процесом у даному випадку) інформації.   Жозеф Марі Жакард (1752-1834) Ткацький верстат Жакарда  Перфокарта Жакарда, 1801 р. У 1795 р. математик Гаспар Проні (1755-1839), якому французький уряд доручив виконання робіт, зв'язаних з переходом на нову метричну систему мір, вперше у світі розробив технологічну схему обчислень, що припускає поділ праці математиків на три групи. Перша група з декількох висококваліфікованих математиків визначала (або розробляла) методи числових обчислень, необхідні для розв’язання задач, що дозволяють звести обчислення до арифметичних операцій - додавання, віднімання, множення, ділення. Задання послідовності арифметичних дій і визначення вихідних даних, необхідних при їхньому виконанні ("програмування"), здійснювала друга, трохи більш розширена по складу, група математиків. Для виконання складеної "програми", що складається з послідовності арифметичних дій, не було необхідності залучати фахівців високої кваліфікації. Ця, найбільш трудомістка, частина роботи доручалася третій і самій численній групі обчислювачів. Такий поділ праці дозволив істотно прискорити одержання результатів і підвищити їхню надійність. Але головне полягало в тому, що цим був даний імпульс подальшому процесові автоматизації самої трудомісткої (але і найпростішої!) третьої частини обчислень - переходу до створення цифрових обчислювальних пристроїв із програмним керуванням послідовністю арифметичних операцій.  Чарльз Беббідж Цей завершальний крок в еволюції цифрових обчислювальних пристроїв (механічного типу) зробив англійський учений Чарльз Беббідж (1791-1871). Блискучий математик, що чудово володів багатьма методами обчислень, що вже мав досвід у створенні технічних засобів для полегшення обчислювального процесу (машина Беббіджа , 1812-1822 p.), він одразу побачив у технології обчислень, запропонованої Г. Проні, можливість подальшого розвитку своїх робіт. Аналітична машина (так назвав її Беббідж), проект якої він розробив у 1836-1848 роках, стала механічним прототипом ЕОМ. У ній передбачалося мати ті ж, що й в ЕОМ, п'ять основних частин. Для арифметичного пристрою Ч. Беббідж використовував зубчасті колеса, подібні тим, що використовувалися раніше. На них же Ч. Беббідж мав намір побудувати пристрій пам'яті. Програма виконання обчислень записувалася на перфокартах (пробиванням дірок), на них же записувалися вихідні дані і результати обчислень. У число операцій, крім чотирьох арифметичних, була включена операція умовного переходу й операції з кодами команд. Автоматичне виконання програми обчислень забезпечувалося пристроєм керування. Час додавання двох 50-розрядних десяткових чисел складало, по розрахунках ученого, 1 с., множення - 1 хв. Механічний принцип побудови пристроїв і використання десяткової системи числення, що утруднює створення простої елементної бази, не дозволили Ч. Беббіджу цілком реалізувати свій далекоглядний задум, довелося обмежитися скромними макетами. Інакше по розмірах машина зрівнялася б з локомотивом, і щоб надати руху її пристрою, знадобився б паровий двигун.  Ада Августа Лавлейс (1815-1852) Програми обчислень на машині Беббіджа, складені дочкою Байрона Адою Августою Лавлейс (1815-1852), разюче схожі з програмами, складеними згодом для перших ЕОМ. Не випадково чудову жінку назвали першим програмістом світу.Ще більш дивують її висловлення з приводу можливостей машини: "...Немає кінця демаркаційної лінії, що обмежує можливості аналітичної машини. Фактично аналітичну машину можна розглядати як матеріальне і механічне вираження аналізу". Незважаючи на всі старання Ч. Беббіджа й А. Лавлейс, машину побудувати не вдалося... Сучасники, не бачачи конкретного результату, розчарувалися в роботі вченого. Він випередив свій час. І ' сам розумів це: "Імовірно, пройде половина сторіччя, перш ніж хто-небудь візьметься за таку малообіцяючу задачу без тих указівок, що я залишив після себе. І якщо хтось, візьме на себе цю задачу і досягне мети в реальному конструюванні машини, що втілює в себе усю виконавчу частину математичного аналізу за допомогою простих механічних або інших засобів, я не побоюся поплатитися своєю репутацією на його користь, тому що тільки він один цілком зможе зрозуміти характер моїх зусиль і цінність їхніх результатів". Після смерті Ч. Беббіджа Комітет Британської наукової асоціації, куди входили великі вчені, розглянув питання, що робити з незакінченою аналітичною машиною і для чого вона може бути рекомендована. До речі Комітетом було сказано: "...Можливості аналітичної машини настільки безмежні, що їх можна порівняти тільки з межами людських можливостей... Успішна реалізація машини може означати епоху в історії обчислень, рівноцінну введенню логарифмів".  Джордж Буль (1815-1864) Незрозумілим виявився ще один видатний англієць, що жив у ті ж роки, - Джордж Буль (1815-1864). Розроблена ним алгебра логіки (алгебра Буля) знайшла застосування лише в наступному столітті, коли знадобився математичний апарат для проектування схем ЕОМ, що використовують двійкову систему числення. "З'єднав" математичну логіку з двійковою системою числення та електричних ланцюгів американський учений Клод Шеннон у своїй знаменитій дисертації (1936 p.). Через 63 року після смерті Ч. Беббіджа (він майже вгадав термін) знайшовся "хтось", хто взяв на себе завдання створити машину, подібну за принципом дії тієї, за яку віддав життя Ч. Беббідж, ним виявився німецький студент Конрад Цузе (1910-1985). Роботу зі створення машини він почав у 1934 p., за рік до одержання інженерного диплома. Конрад (друзі його кликали Куно) нічого не знав ні про машину Беббіджа, ні про роботи Лейбніца, ні про алгебру Буля, що немов створена для того, щоб проектувати схеми з використанням елементів, що мають лише два стійких стани. Проте він виявився гідним спадкоємцем В. Лейбніця і Дж. Буля, оскільки повернув до життя вже забуту двійкову систему числення, а при розрахунках схем використовував щось подібне до основних положень булевої алгебри. У 1937р. машина Z1 (що означало "Цузе 1") була готова і запрацювала!  Конрад Цузе (1910-1985) Вона була, подібна машині Беббіджа. Використання двійкової системи створило чудо - машина займала всього два квадратних метри на столі в квартирі винахідника! Для мантиси і її знака приділялося 15 розрядів, для порядку - 7. Пам'ять (теж на механічних елементах) зацмала 64 слова (проти 1000 у Беббіджа, що теж зменшило розміри машини). Числа і програми вводилася вручну. Ще через рік у машини з'явився пристрій уведення даних і програм, що використовув кінострічку, на яку перфорувалася інформація, а механічний арифметичний пристрій замінило АП послідовної дії на телефонних реле. В цьому К. Цузе допоміг австрійський інженер Гельмут Шрайєр, фахівець в області електроніки. Вдосконалена машина одержала назву Z2. У 1941 p. Цузе за участю Г. Шрайєра створює релейну обчислювальну машину з програмним керуванням (Z3), що містить 2000 реле і повторює основні характеристики Z1 і Z2. Вона стала першою у світі цілком релейною цифровою обчислювальною машиною з програмним керуванням і успішно експлуатувалася. Її розміри ненабагато перевищували розміри Z1 і Z2. Ще в 1938 р. Г. Шрайєр запропонував використовувати для побудови Z2 електронні лампи замість телефонних реле. Тоді К. Цузе йому сказав: "Імовірно, ти випив занадто багато шнапсу!" Але в роки Другої світової війни він сам прийшов до висновку про можливості лампового варіанта машини. Друзі виступили з цим повідомленням у колі вчених і піддалися глузуванням і осудові. Названа ними цифра - 2000 електронних ламп, необхідних для побудови машини - могла остудити самі гарячі голови. Лише один зі слухачів підтримав їхній задум. Вони не зупинилися на цьому і представили свої міркування у військовому відомсті, вказавши, що нова машина могла б використовуватися для розшифровки радіограм союзників. Так, можливо, був втрачений шанс створити в Німеччині не тільки першу релейну, але і першу в світі електронну обчислювальну машину. До цього часу К. Цузе організував невелику фірму, і її зусиллями були створені дві спеціалізовані релейні машини S1 і S2. Перша - для розрахунку крил "літаючих торпед" - літаків-снарядів, якими обстрілювали Лондон, друга -для керування ними. Вона виявилася першою у світі керуючою обчислювальною машиною. До кінця війни К. Цузе створює ще одну релейну обчислювальну машину - Z4. Вона виявилась єдиної збереженою з усіх машин, розроблених ним. Інші будуть знищені при бомбардуванні Берліна і заводів, де вони випускалися. Отже, К. Цузе встановив кілька віх в історії розвитку комп'ютерів: першим у світі використовував при побудові обчислювальної машини двійкову систему числення (1937 p.), створив першу у світі релейну обчислювальну машину з програмним керуванням (1941 p.) і цифрову спеціалізовану керуючу обчислювальну машину (1943 p.). Ці воістину блискучі досягнення, однак, істотного впливу на розвиток обчислювальної техніки у світі (за винятком Німеччини) не зробили... Справа в тім, що публікацій про розробки Цузе як і їх реклами, через таємність робіт, не було, і тому про них стало відомо лише після завершення Другої світової війни. Дочка К. Цузе, що працювала у військовій розвідці і знаходилася в той час у Норвергії, надіслала батькові вирізку з газети, що повідомляла про грандіозне досягнення американських вчених. К. Цузе міг тріумфувати. Він багато в чому випередив суперників. А уряд Німеччини в 1980 p. виділив йому 800 тис. марок для відтворення Z1, що він і здійснив разом зі своїми студентами. Свого "воскреслого" первістка К. Цузе передав на вічне збереження в музей обчислювальної техніки в Падеборні. Однак уже насувався час, коли обсяг розрахункових робіт у розвинутих країнах став наростати як снігова лавина, у першу чергу в галузі військової техніки, чому сприяла Друга світова війна. У 1941 p. співробітники лабораторії балістичних досліджень Абердинського артилерійського полігону в США звернулися в розташовану неподалік технічну школу при Пенсильванському університеті за допомогою в складанні таблиць для стрільб артилерійськими снарядами, розраховуючи на диференціальний аналізатор, що мався в школі Буша - громіздкий механічний аналоговий обчислювальний пристрій. Однак співробітник школи фізик Джон Мочлі (1907-1986), змайстрував кілька найпростіших цифрових пристроїв на електронних лампах. Ним було складено (у серпні 1942 p.) і відправлено у військове відомство США пропозицію про створення могутнього комп'ютера (по тим часам) на електронних лампах. Ці, воістину історичних п'ять сторінок були покладені військовими чиновниками під сукно, і пропозиція Мочлі, ймовірно, залишилася без наслідків, якби нею не зацікавилися співробітники полігону. Вони домоглися фінансування проекту, і в квітні 1943 p. був укладений контракт між полігоном і Пенсильванським університетом на створення обчислювальної машини, названої електронним цифровим інтегратором і комп'ютером (ЕНІАК).На це відпускалося 400 тис. доларів. До роботи було залучено близько 200 чоловік, у тому числі кілька десятків математиків і інженерів. Керівниками проекту стали Дж. Мочлі й талановитий інженер-електронщик Преспер Эккерт (1919-1995). Саме він запропонував використовувати для машини забраковані військовими представниками електронні лампи (іх можна було одержати безкоштовно!). З огляду на це, необхідна кількість ламп наближалася до 20 тисяч, а кошти, виділені на створення машини досить обмежені - це було мудрим рішенням. Він же запропонував знизити напругу розжарення ламп, що істотно збільшило надійність їхньої роботи. Напружена робота завершилася наприкінці 1945 року. ЕНІАК був представлений на іспити й успішно їх витримав. На початку 1946р. машина розв’язувала реальні задачі. По розмірах вона була більш вражаючою:26м у довжину, 6 м у висоту, вагою 35 тонн. Але вражали не тільки розміри, а й продуктивність,завдяки використанню електронних ламп! Учасник проекту зі створення атомної бомби Джон фон Нейман (1903-1957) за допомоги Г. Голдстайна (без узгодження з Дж. Мочли і П. Еккертом) і Берксом (усі троє працювали в Принстонському інституті перспективних досліджень) склали історичний звіт “Попереднє обговорення логічного конструювання пристрою”, червень 1946р.), що містив розгорнутий і детальний опис принципів побудови цифрових електронних обчислювальних машин. У тому ж році звіт був розповсюджений на літній сесії Пенсильванського університету (відомі принципи побудови обчислювальних машин належать не одному Джону фон Нейману, а всім трьом ). Викладені в звіті принципи зводилися до наступного: 1. машини на електронних елементах повинні працювати не в десятковій, а двійковій системі числення; 2. програма повинна розміщуватися в одному з блоків машини - у запам'ятовуючому пристрої, що володіє достатньою ємністю і відповідними швидкостями вибірки і записами команд програми; 3. програма, так само як і числа, з якими оперує машина, записується в двійковому коді. Таким чином, за формою представлення команди і числа однотипні. Ця обставина приводить до наступних важливих наслідків: • проміжні результати обчислень, константи й інші числа можуть розміщатися в тому ж запам'ятовуючому пристрої, що і програма; • числова форма запису програми дозволяє машині робити операції над величинами. 4. Труднощі фізичної реалізації запам'ятовуючого пристрою – це його швидкодія, яка відповідає швидкості роботи логічних схем та вимагає ієрархічної організації пам'яті. 5. У машині використовується рівнобіжний принцип організації обчислювального процесу (операції над словами виконуються одночасно по всіх розрядах). Перераховані принципи побудови ЕОМ були вперше висловлені Дж. Нейманом й іншими авторами. Їхня заслуга в тому, що узагальнивши набутий досвід побудови цифрових обчислювальних машин, вони зуміли перейти від схемних (технічних) описів машин до узагальнення логічної структури, зробили важливий крок від теоретично важливих основ (машина Тьюрінга) до практики побудови реальних ЕОМ. Ім'я Дж. Неймана привернуло увагу до звітів, а висловлені в них принципи і структура ЕОМ одержали назву неймановских. Під керівництвом Дж. Неймана в Принстонському інституті перспективних досліджень у 1952р. була створена ще одна машина на електронних лампах (для розрахунків по створенню водневої бомби), а в 1954 p. ще одна, уже без участі Дж. Неймана. Остання була названа на честь ученого "Джоніак". Дж. Мочлі і П. Еккерт, ображені тим, що в звіті Принстонського університету вони не фігурували і вистраждане ними рішення розташовувати програми в оперативній пам'яті (і не тільки це) стали приписувати Дж. Нейману, а, з іншого боку, побачивши, що багато хто, прагне захопити ринок ЕОМ, вирішили взяти патенти на ЕНІАК. Хоча Дж. Мочлі і П. Эккерт не одержали патенту на ЕНІАК, його створення стало, безумовно, золотою віхою в розвитку цифрової обчислювальної техніки, що визначає перехід від механічних і електромеханічних до електронних цифрових обчислювальних машин. Література: "Історія обчислювальної техніки в особах" про творців перших ЕОМ у СРСР, Київ, 1995 p; |
Схожі:
|
3. Засоби обчислювальної техніки та історія їх розвитку ... |
Уроку на тему «Історія розвитку обчислювальної техніки. Покоління... «Історія розвитку обчислювальної техніки. Покоління ЕОМ. Типова архітектура персонального комп’ютера. Класифікація та призначення... |
|
Роль людського фактору в автоматизованому виробництві. Перспектива... Мета: Дізнатися про роль людського фактору в автоматизованому виробництві та розвитку електронно обчислювальної техніки |
Урок №3. Тема: Основні етапи розвитку комп’ютерної техніки. Характеристика... Мета: ознайомити з історією появи і розвитку обчислювальної техніки; ознайомлення з основними характерними рисами поколінь ЕОМ |
|
Роботизація та автоматизація виробництва на основі електронно обчислювальної техніки Тема: Роботизація та автоматизація виробництва на основі електронно обчислювальної техніки |
СПИСОК ДОКУМЕНТІВ у кабінеті інформатики та обчислювальної техніки Акт дозволу на проведення занять, який оформлюється щорічно на початок навчального року |
|
1. Вступ. Загальні поняття РЕЗ, аналогових пристроїв, основи цифрової техніки. Вміти виконувати проектування та моделювання електронних приладів на основі базових... |
КОМПЛЕКСНА КОНТРОЛЬНА РОБОТА До змісту завдань контрольної роботи включені питання, які відповідають програмному матеріалу додаткової спеціалізації „Вчитель основ... |
|
Лабораторна робота №4 СИНТЕЗ БЕЗПОШУКОВОЇ АДАПТИВНОЇ САК ДРУГОГО... Засвоїти методику використання обчислювальної техніки для моделювання динамічних режимів системи керування |
Конспект лекції 1 Перша світова війна. Облаштування післявоєнного світу. Навчально-методичні матеріали з дисципліни «Всесвітня історія» / Шевченко... |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua