Электромеханические счетные машины

В конце XIX века в связи с развитием науки и техники потребность в счетных машинах настолько возросла, что ее перестали удовлетворять и арифмометры Однера, и другие типы механических счетных машин. Последним и решающим толчком к созданию более производительных машин послужили потребности обрабатывать переписи населения, которые стали проводиться регулярно во многих странах.

Поскольку к этому времени достаточно хорошее развитие получила теория элек­тричества, и в частности теория слабых токов, перспективным направлением развития счетных машин стало использование в них электрических и электроме­ханических компонентов.

Наступила эра электромеханических машин, развитие которых пошло по двум направлениям:

1. Использование электричества как движущей силы внутри счетных машин.

Это направление привело к созданию класса электрических, а затем элек­тронных клавишных машин, информация в которые вводилась вручную с по­мощью клавиатуры (повысилась скорость и точность вычислений, но недо­статочной оставалась степень автоматизации вычислений;

2. Использование электричества в устройствах ввода и вывода информации при использовании перфокарт (повысилась скорость ввода и вывода информации и автоматизация вычислений, поскольку на перфокарты наносилась не толь­ко числовая, но и программная информация).

Перфокарты впервые были использованы для программного управления ткац­ким станком Жозефом Жаккардом в 1801 году. В 1888 году сотрудник Бюро цензов США (статистическая организация, ведавшая и проведением переписи населения, и обработкой ее результатов) Герман Холлерит предложил аналити­ческую счетную машину, которую назвал табулятором. Для ввода информа­ции в ней использовались перфокарты — карточки, разделенные на колонки и строчки, в каждой колонке по 10 строчек. Позиция колонки и строчки опреде­ляет конкретную информацию. Информация в эти позиции могла заноситься:

-автоматизировано, с клавиатуры перфоратора, пробивающего прямо­угольные дырочки на соответствующих позициях;

-вручную, штриховкой специальных зон на этих позициях, с последующей автоматической пробивкой отверстий на считывающих перфораторах.

Для упорядочения перфокарт используются сортировки. Программирование ра­боты табуляторов выполнялось штекерными соединениями входов и выходов узлов табулятора на специальной съемной доске. Доски с разными наборами программ (проектов) можно было создавать заранее и хранить их отдельно от та­булятора (некоторая аналогия ЭВМ с хранимой программой).

В 1833 году английский ученый, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал проект автоматической «аналитической машины» - вычислительного устройства, по своей схеме и принципам работы в некоторых аспек­тах приближающейся к современным ЭВМ.

В машине Бэббиджа предлагались следующие устройства:

- устройство хранения информации на регистрах, выполненных на зубчатых колесах, которое Бэббидж назвал «складом»;

-устройство для выполнения операций над числами, взятыми со «склада», на­званное «фабрикой»;

- для управления последовательностью операций и их исполнением служило устройство управления, использовавшее перфокарты;

- устройство ввода-вывода.

Проект Бэббиджа существенно опередил свое время, оказался невостребованным и нереализуемым. Даже материалы об этой машине были опубликованы только в 1888 году, уже после смерти автора.

В 1930 году была создана первая электромеханическая аналоговая вычислитель­ная машина, автором машины был профессор Массачусетского технологическо­го института Ванневар Буш. Аналоговые машины сразу же нашли широкое при­менение в военной технике.

В 1937 году английский математик, профессор Кембриджского университета Алан Тьюринг опубликовал статью, в которой предложил концепцию абстрактной уни­версальной вычислительной машины — «машины Тьюринга».

ПРИМЕЧАНИЕ -

В 1947 году Алан Тьюринг публикует статью «Может ли машина мыслить?», где впервые рассмотрены проблемы обучающейся вычислительной машины и «машинного интеллекта».

Вспыхнувшая в 1939 году вторая мировая война - война не только людей, но и машин и новых технологий - сделала весьма востребованными высокопроиз­водительные вычислительные устройства. Без них создание новых типов воору­жений становилось просто невозможным, так как на выполнение сложных ма­тематических расчетов требовалось время, превышающее продолжительность человеческой жизни. Первыми, кому требовались новые вычислительные техно­логии, были артиллеристы, ибо расчеты баллистических траекторий снарядов, бомб и простейших (в то время) ракет были весьма сложными, а оперативность получения результатов этих расчетов обусловливалась боевой обстановкой. На­пример, оптимальная обработка информации, поступающей от радиолокационной станции (РЛС) наблюдения, требовала выполнения десятков тысяч вычислитель­ных операций, а период кругового обзора отечественной РЛС «Нарва» был равен 4 минутам. За это время даже на лучших ЭВМ первого поколения оптимальная обработка сигнала выполнена быть не могла. Таким образом, вопрос о необходи­мости эффективных вычислительных технологий и, естественно, высокопроизво­дительных электромеханических и электронных машин стоял весьма остро.

Первые электромеханические вычислительные машины с программным управ­лением были созданы в начале 40-х годов прошлого века. Работы по их созданию активно велись в Германии (под руководством инженера Конрада Цузе) и в США (под руководством Говарда Айкена и Джорджа Стибица).

В Германии вычислительные машины на электромеханических элементах были созданы уже в 1939 году (машина Ц-1). Машина Ц-2 не была закончена в связи с началом второй мировой войны, позже по заказу военных была разработана и создана машина Ц-3, выполненная на электромагнитных реле (но первая маши­на на электромагнитных реле была создана для управления артиллерийским огнем в лаборатории Белла в 1940 году). Вычислительная машина МАКК-1, тоже на основе электромагнитных релейных схем, была создана в США в 1944 году. Вслед за этими машинами уже после окончания войны появились машины МАRК-2 (1947 г., содержала 13000 реле), МАRК-3, Ц-4 и Ц-5. Но релейные машины были недостаточно производительными и не устраивали военных заказчиков.

После войны потребности в производительных ЭВМ не исчезли: они появились сначала у атомщиков, а затем и у военно-воздушных сил. Атомщикам требова­лись вычислительные мощности для расчетов по атомным и термоядерным бом­бам; специалистам ВВС — для обсчета технологий реактивных самолетов, а чуть позже — ракет и космических кораблей. Финансировались эти направления от­менно.