Развитие ЭВМ и ВТ

Содержание 

1.Счет в древности

2.Первые устройства для счета

3.Логарифмическая  линейка

4.Механизмы для  счета. Арифметические машины.

• Механическая машина Шиккарда
• Арифмометр Блеза Паскаля
• Разностная машина Чарльза Бэббиджа

5. Поколение  современных ЭВМ 

6.Суперкомпьютеры

7.Заключение

        

    

 

Счет  в древности

        История развития вычислительной техники уходит корнями вглубь веков, к тем временам, когда наши далекие предки начали вести товарно-денежные взаимоотношения. Тогда им и потребовался какой-либо инструмент для ведения вычислений. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества счита емых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени. Постепенно из

простейших  приспособлений для счёта рождались  всё более и более сложные  устройства. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика человека. 

Первые  устройства для счета 

                   Римский абак

        Историю цифровых устройств следует начать со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Самый древний-древнегреческий абак (доска или «саламинкая доска» по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке находились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна борозда соответствовала единицам другая-десяткам и.т.д. Если в какой-                                                                                                  то борозде при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. На абаке считали египтяне, римляне, японцы. Особенного развития  достигли вычисления на абаке в древнем Китае. Китайцы могли производить на абаке деления и действия с дробями, извлечения квадратных и кубических корней. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от древних досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. К таким же устройствам относятся также китайский суан-пан, японский соробан, и русские счеты. 

Логарифмическая линейка 

Первая  логарифмическая  линейка В. Оутреда 

В 1622 году английский математик Вильям Оутред (1754-1660) создает счетную логарифмическую линейку. Кстати, это именно он ввел обозначение «X» для умножения. Линейка необыкновенно удобна: считать на ней возможно очень быстро, места почти не занимает, её можно всюду носить с собой в кармане. Не зря столько веков просуществовал этот  вычислительный прибор: лишь недавно калькулятор окончательно вытеснил логарифмическую                                                   линейку из инженерного обихода

                                                                                   

                                                         

 Механизмы для счета. Арифметические машины. 

Людям приходилось  считать всё больше и больше. По мере роста потребностей человека и  задач, которые он ставил перед собой, росло значение вычислений, росла  их необходимость. Эта необходимость  заставила искать пути механизации  счета. И счет был поручен специальным механизмам - арифметическим машинам.                                 
 

• Механическая  машина Шиккарда

Первая  механическая машина была описана в 1623 г. ученым Вильгельмом Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами.  Машина включала в себя два блока - суммирующее и множительное устройства. В ней был предусмотрен и механизм для записи результатов промежуточных действий. Сама суммирующая машина была шестиразрядной и была изготовлена с помощью соединенных между собой зубчатых передач. Эти зубчатые колеса входили в зацепление одно с другим. На каждой оси располагалась зубчатое колесо с десятью зубцами и вспомогательное колесико с выступающим пальцем –    зубцом

Механическая  машина Шиккарда

. При зацеплении палец поворачивал колесо следующего разряда на десятую часть полного оборота, таким образом осуществляя передачу единицы в следующий, более высокий разряд. Это происходило после того как осуществлялся полный оборот предыдущего десятизубчатого колеса. При вычитании зубчатые колеса начинали вращаться в противоположную сторону. В специально предусмотренных в машине окошках можно было видеть цифры. Таким образом можно было вести контроль за ходом производимых арифметических действий.. Однако, из-за недостаточной известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие ВТ, но она по праву открывает эру механической вычислительной техники.

• Арифмометр Блеза Паскаля    

  В  отличие от счетных инструментов, типа абака, в арифметической машине вместо предметного представления чисел, использовалось их представление в виде углового положения оси (вала) или колеса которое несёт эту ось. Одна из первых машин такого типа была создана 1642 году знаменитым французским ученым (математиком, физиком, философом) Блезом Паскалем.                                                                       

 В машине Б. Паскаля использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; 50 построенных впоследствии им машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и формированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития вычислительной техники. 

• Разностная  машина Чарльза Бэббиджа

Считается, что  первым ученым, предложившим использовать принцип

программного  управления для автоматического  выполнения арифметических

вычислений, был  Чарльз Бэббидж.                     

Английским профессором  математики Чарльзом Бэббиджем (1791-1871)

была разработана  полностью автоматическая вычислительная машина с программным управлением. Разочарованный большим количеством ошибок в

вычислениях Королевского Астрономического Общества, Бэббидж  пришел к

мысли о необходимости  автоматизации вычислений. Первая попытка  реали-

зации такой  машины была предпринята Бэббиджем  в 1822, когда он создал

машину, предназначенную  для решения дифференциальных уравнений, на-

зыванную “разностной  машиной”. Работа модели основывалась на принципе,

известном в  математике как "метод конечных разностей". При вычислении

многочленов используется только операция сложения, которая  легко автома-

тизируется. Бэббиджем  была использована десятичная система  счисления, а

не двоичная, как в современных компьютерах.

В течение 10 лет  Бэббидж работал над большой  разностной машиной.

Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой

двигатель. Большая, как локомотив, машина должна была автоматически  вы-

полнять вычисления и печатать результаты. Большая разностная машина так

и не была построена  до конца. Однако, работая над ней  в течение 10 лет, Бэб-

бидж пришел к идее создания механической аналитической  машины. Идеи

Бэббиджа намного  опередили свое время, аналитическая  машина не могла

быть создана  в то время.

В 1871 году Бэббидж  изготовил опытный образец арифметического  уст-

ройства ("завода") аналитической машины и принтера.

Большую помощь в работе над аналитической машиной  оказывала Бэб-

биджу графиня  Ада Лавлейс (1815-1842), дочь английского  поэта Байрона.

Ада Лавлейс  была одним из немногих людей, кто  полностью понял про-

ект Бэббиджа. Она  помогала добиваться финансирования работы Британским

правительством  и вела большую работу по популяризации  проекта, описывая

его в научных  статьях и докладах. Прекрасное понимание  леди Лавлейс

принципов работы аналитической машины позволило ей создавать программы (последовательность инструкций для аналитической машины). Таким образом, ее можно считать первым программистом. В 80-ых годах ХХ-го

столетия в  ее честь был назван язык программирования АДА.

Технические трудности, с которыми пришлось встретиться при реализации не позволили осуществить проект. Поэтому Бэббидж не опубликовал

проект полностью, а ограничился описанием его  в своих лекциях, прочитан-

ных им в Италии и в Турине. Записи этих лекций были опубликованы в 1842

году слушавшим  их итальянским математиком Л. Менабреа и переведены на

английский язык Адой Лавлейс. Они были изданы в Англии с ее подробными

примечаниями.

Хотя движимая паром аналитическая машина Бэббиджа никогда не была

построена, однако, работая над ней Бэббидж определил  основные черты со-

временного компьютера. Аналитическая машина состояла из более  чем 50000

деталей и включала в себя:

1. устройство ввода программы при помощи отверстий на перфокартах,
2. "склад" (память) для тысячи 50-ти разрядных десятичных чисел.
3. "завод", устройство для выполнения операций над числами (арифметиче-ское устройство)
4. блок управления, который позволял обрабатывать инструкции в любой последовательности
5. устройство выпуска продукции (вывода результатов на печать).

Аналитическая машина - это программируемая автоматическая вычис-

лительная машина с последовательным управлением, содержащая арифмети-

ческое устройство и память. Отличительной чертой аналитической  машины

можно считать  использование команды условного  перехода, изменяющей

управление обработкой в зависимости от результатов  вычислений.

Ввод инструкций в компьютер осуществлялся при  помощи перфокарт.

Идею использования  перфокарт для кодирования инструкций Бэббидж

заимствовал у  Жаккарда.

В ткацком станке, построенном в 1820 и названном  по имени его изобре-

тателя Джозефа  Жаккарда, использовались перфокарты для управления стан-

ком. При помощи перфокарт задавался узор, который  нужно было выткать.

Создание ткацкого станка, управляемого картами, с пробитыми  на них отвер-

стиями, и соединенными друг с другом в виде ленты, относится  к одному из

ключевых открытий, обусловивших дальнейшее развитие вычислительной

техники.

В 1889 году американский изобретатель Герман Холлерит (1860-1929)

применил способ Жаккарда для ввода данных при  помощи перфокарт. Ему

необходимо было построить устройство для обработки  результатов периписи

населения в  Америке. Обработка результатов  переписи 1880 года заняла поч-

ти семь лет. Учитывая рост населения, на обработку  результатов следующей

переписи потребовалось  бы не менее 10 лет. Г.Холлерит разработал машину