Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в профессиональную деятельность для IT-специалистов. Учебное пособие
.pdf
Рисунок 7.2 – Логарифмическая линейка
В период механизации вычислительной техники аналоговые
устройства совершенствуются и создаются графики и номограммы следующая разновидность аналоговых вычислительных устройств.
Служат они для определения функций нескольких переменных и
впервые встречаются в руководствах по навигации в 1791 г.
В 1814 г. английский учёный Дж. Герман разработал
аналоговый прибор - планиметр, предназначенный для определения
площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости. Планиметр
был усовершенствован в 1854 г. немецким учёным А. Амслером
(рисунок 7.3). Его интегрирующий прибор с катящимся колесом
привёл позднее к изобретению английским физиком Дж. Томсоном
фрикционного интегратора (рисунок 7.4).
Рисунок 7.3 – Планиметр Амслера
59
Рисунок 7.4 – Фрикционный интегратор
В 1876 г. другой английский физик, У. Томсон, применил
фрикционный интегратор в проекте гармонического анализатора для
анализа и предсказывания высоты приливов в различных портах. Он
показал в принципе возможность решения дифференциальных
уравнений путём соединения нескольких интеграторов, однако из-за
низкого уровня техники того времени идея не была реализована.
Первая механическая вычислительная машина для решения
дифференциальных уравнений при проектировании кораблей была
построена А. Н. Крыловым в 1904 г. В её основу была положена идея
интеграфа - аналогового интегрирующего прибора, разработанного
польским математиком Абданк-Абакановичем (1878 г.) для получения
интеграла произвольной функции, вычерченной на плоском графике
(рисунок 7.5).
Рисунок 7.5 – Интеграф Абакановича
60
В 1919 г. академик Н.Н. Павловский создал метод исследования
при помощи аналого–математического моделирования и дал ему
полное теоретическое обоснование. Он же успешно применил новое
средство вычислительной техники — аналоговую вычислительную
машину (АВМ), которая была создана для реализации разработанного
метода. Этот метод успешно развивался и действовал до 60–х гг.,
когда он был заменен цифровым моделированием на ЭВМ.
Изобретения электромеханического периода
Дальнейшее развитие механических интегрирующих машин
связано с работами американского учёного В.Буша, под руководством
которого была создана механическая интегрирующая машина (1931 г.,
рисунок 7.6), а затем её электромеханический вариант (1942).
Рисунок 7.6 – Механическая интегрирующая машина
Изобретения советской научной школы
В 1935 году выпустили первую советскую
электродинамическую счётно-аналитическую машину САМ (модель
Т-1). Были разработаны механический интегратор и электрический
расчётный стол для определения стационарных режимов
энергетических систем. В 1936 году советский инженер Владимир
Сергеевич Лукьянов создаёт гидравлический интегратор – первый в
61
мире аналоговый компьютер для решения дифференциальных
уравнений в частных производных, использующий воду в качестве
рабочей среды. В 1945 – 1946 годы под руководством Льва
Гутенмахера были изобретены первые электронные аналоговые
машины с повторением решения.
В 1949 году учёными был изобретён ряд АВМ на постоянном
токе, что положило начало развитию аналоговой вычислительной
техники в СССР. 1955 год – доработанный для решения двух- и
трехмерных задач гидравлический интегратор Лукьянова начинает
производиться на Рязанском заводе счётно-аналитических машин для
использования в строительных расчётах и экспорта.
В 1958 г. в СССР была создана первая в мире
полупроводниковая АВМ МН-10 (рисунок 7.7). Эта машина с
большим успехом демонстрировалась на выставке в Нью-Йорке.
Рисунок 7.7 – АВМ МН-10
В 60-70-х годах специалистами НИИСчетмаша, ИПУ АН СССР
создана серия аналоговых и аналого-цифровых комплексов с
использованием микроэлектронной элементной базы, внедренных в
серийное производство на отечественных заводах радиопромышленности. В 80 - 90-х гг. были созданы эффективные
современные периферийные устройства для ввода-вывода в ЭВМ
аналоговой информации в реальном времени, в их числе:
двухкоординатные графопостроители,
62
устройства автоматического распознавания графических
изображений,
векторные и растровые графические дисплеи,
струйные и лазерные печатающие устройства,
устройства автоматического распознавания речи и др.
Вывод: таким образом, развитие аналоговых вычислительных
машин в 20–30–х гг. XX века обогнало развитие цифровой техники,
так как в этот период еще не было технологической базы,
необходимой для создания универсальных ЭВМ. В области цифровой
техники продолжала развиваться линия арифмометров и СПМ для
выполнения учетных и статистических расчетных работ.
7.2. История развития цифровых СВТ
7.2.1. Механические счетные машины
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.). Модель этого счетного устройства показана на рисунке 7.8.
Рисунок 7.8 – Модель счетного устройства да Винчи
В 1623 г. была создана первая «считающая машина», описанная
профессором математики Тюбингенского университета Вильгельмом
Шиккардом (рисунок 7.9). Она была реализована в единственном
экземпляре и предназначалась для выполнения четырех
арифметических операций над 6-значными числами.
63
Рисунок 7.9 – «Считающая машина» Шиккарда
Об изобретениях Леонардо да Винчи и Вильгельма Шиккарда
стало известно лишь в наше время. Современникам они были
неизвестны.
Суммирующая машина Паскаля
В XVII веке положение меняется. В 1641-1642 гг.
девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому
известный французский ученый, создает действующую суммирующую
машину ("паскалину") (рисунок 7.10).
Вначале он сооружал ее с одной единственной целью – помочь
отцу в расчетах, выполняемых при сборе налогов. В последующие
четыре года им были созданы более совершенные образцы машины.
Они были шести- и восьмиразрядными, строились на основе зубчатых
колес, могли производить суммирование и вычитание десятичных
чисел. Было создано примерно 50 образцов машин. Б. Паскаль получил
королевскую привилегию на их производство, но практического
применения "паскалины" не получили, хотя о них много говорилось и
писалось (в основном во Франции). Изобретенный Паскалем принцип
связанных шестеренками колес явился основой, на которой строилось
большинство механических вычислительных устройств на протяжении
следующих трех столетий.
64
Рисунок 7.10 – Механический калькулятор Паскаля
В 1673 г. другой великий европеец, немецкий ученый
Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину
(арифметический прибор, по словам Лейбница) для сложения и
умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым
колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять
умножение и деление, а также подвижную каретку, специальную
рукоятку для вращения ступенчатого колеса (рисунок 7.11).
Рисунок 7.11 – Арифметический прибор Лейбница
У Лейбница были десятки последователей, которые построили
множество работоспособных конструкций. Одна из них была создана
около 1770 года в России механиком Евной Якобсоном (рисунок 7.12).
65
Рисунок 7.12 – Суммирующая машина Якобсона
В ЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство,
выполняющее арифметические операции (те же самые, что и
арифметический прибор Лейбница), получило название
арифметического. Позднее, по мере добавления ряда логических
действий, его стали называть арифметико-логическим (АЛУ). Оно
стало основным устройством современных компьютеров.
Появление перфокарт
В 1799 г. во Франции Жозеф Мари Жаккард (1752-1834)
изобрел ткацкий станок, в котором для задания узора на ткани
использовались перфокарты (рисунок 7.13). Необходимые для этого
исходные данные записывались в виде пробивок в соответствующих
местах перфокарты. Так появилось первое примитивное устройство
для запоминания и ввода программной (управляющей ткацким
процессом в данном случае) информации (рисунок 7.14).
Перфокарты – носитель информации, предназначенный для
использования в системах автоматической обработки данных (сделаны
из тонкого картона).
66
Рисунок 7.13 – Перфокарты Жаккарда
Рисунок 7.14 – Жаккардова машина
Чарльз Бэббидж и его разработка в области автоматизации
счета
Завершающий шаг в эволюции цифровых вычислительных
устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз
Бэббидж (1791-1871).
67
Блестящий математик, великолепно владеющий численными
методами вычислений, уже имеющий опыт в создании технических
средств для облегчения вычислительного процесса (разностная
машина Бэббиджа для табулирования полиномов, 1812-1822 гг.), он
сразу увидел в технологии вычислений, предложенной Г. Прони,
возможность дальнейшего развития своих работ. Аналитическая
машина (так назвал ее Бэббидж), проект которой он разработал в 18361848 годах, явилась механическим прототипом (рисунок 7.15)
появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те
же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти,
управления, ввода, вывода. Для арифметического устройства
Ч. Бэббидж использовал зубчатые колеса, подобные тем, что
использовались ранее. На них же Ч. Бэббидж намеревался построить
устройство памяти из тысячи 50-разрядных регистров (по 50 колес в
каждом!). Программа выполнения вычислений записывалась на
перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные
и результаты вычислений. В число операций, помимо четырех
арифметических, были включены операция условного перехода и
операции с кодами команд. Автоматическое выполнение программы
вычислений обеспечивалось устройством управления. Время сложения
двух 50-разрядных десятичных чисел составляло, по расчетам ученого,
1 с, умножения – 1 мин.
Рисунок 7.15 – Аналитическая машина Бэббиджа
68
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]