Вычислительные машины Бэббиджа или машины с програмным управлением

Разработки этого английского ученого занимают особое место в механическом этапе. Его считают родоначальником и идиологом современной ВТ. Он был первый, кто высказал идею об универсальной вычислительной машине, способной работать по различным в нее заложенным программам, а также был первым, кто попытался сделать такую машину. Он родился в семье банкира, закончил Кэмбриджский университет. В 1820 году начал работу над вычислительной машиной, которая автоматически вычисляла бы различные таблицы. Тогда они широко использовались в Англии. В работах Бэббиджа было 2 направления: проект разностной машины и проект аналитической машины. Первый проект – информация вводилась на картах и вычисления происходили автоматически с помощь совокупности вращающихся колес. Для изготовления машины, был использован принцип Паскаля. В 1822 году конструирует и изготовляет действующую модель машины, которая может с точностью до 8 знаков составить таблицу. Машина содержала 96 колес на 24 осях. В следующем году обратился в министерство финансов. Выделили 1500 фунтов. К 1842 году он израсходовал 23 тыс. Машина так и не заработала, но различные узлы демонстрировались на разных выставках. В ходе создания, Бэббидж разработал и опубликовал проект ВМ, способной вычислять любые задачи, для которых известен алгоритм их решения. Он указал, что универсальная машина должна состоять:

1. Арифметическое устройство, выполняющее арифметические действия, над вводимыми в него числами

2. Устройство памяти для хранения промежуточных результатов

3. Устройство управления, в котором храниться программа управления действиями машины

4. Устройство ввода и вывода данных, результатов расчета

Второй этап, основанный на принципе программного управления является предвестником современных ЭВМ. Этот проект был предложен в 30е годы 19 века. В 1843 году Ада Лавлейс для машины Бэббиджа написала первую в мире программу для вычисления чисел. В 1985 году, сотрудники музея решили выяснить, можно ли построить машину Бэббиджа. В 1991 году машина была построена.

Арифмометр Однера

Начало математического построения русским ученым Однером в 1874 – Арифмометр. Основным элементом являлось своеобразное зубчатое колесо, с переменным числом зубьев, которое в последствии получило название – колесо Однера. Оно позволяло вводить число рычагом на лицевой стороне, поскольку эти рычаги изменяли число зубьев. Однер получил патент изобретения и основал механический и медно-литейный завод. В первый год – 500 приборов, в 1913 году работало около 22тыс. В СССР модификация этого арифмометра под названием Феникс выпускалось сотнями тысяч вплоть до второй половины 20 века и начало мирочайшее распространение. Надежно работает при частоте 250 оборотов в минуту, что позволяет быстро производить умножение и деление многозначных чисел. Начиная с 20 века получили распространение ВМ, которые производились во вращении не рукой, а электродвигателями. Число валов достигало 1300 об/мин Первоначальное проявление ЭВМ не очень повлияло на арифмометр.

Халеритта – счетно-перфорационые машины. Электро-механический этап ВТ явился наиболее продолжительным, охватывает около 60 лет. От первого турбулятора до первой ЭВМ ENIAC 1945г. Классическим типом средств электро-механического этапа был счетно-аналитичский комплекс, для обработки информации на перфокарточных носителях. Исключительность устройства заключалась в том, что в нем впервые была идея перфокарт и расчеты велись с помощью тока и поэтому получилось широкое распространение в 1890 году для переписи населения в США. Значительные работы Халлерито для работы ВТ определяются двумя факторами: 1) он стал основоположником ВТ, это направление привело к созданию к созданию современных вычислительных Центров. 2) использование большого числа ввода вывода информации не отменило полностью перфокарточные технологии. Третий этап развития ВТ – электро-вычислительный.

Релейные машины

В 1831 году Джеосов Генри продемонстрировал своим студентам следующий опыт. Небольшую железную подковку обмотал тонким проводом а по середине установил тонкий стержень, свободно установленной игле. И когда он подал ток в обмотку, стержень перевернулся, одним концом притянулся к подковке, а другим ударил в колокол. Так родился прибор и получил название Реле. В последствии реле нашло широкое применение в аппаратуре связи. Первым задумал использовать реле в качестве ВТ стал математик Стибиц. В 1937 году обратил внимание на двоичный характер работы этого прибора. Он у себя дома соорудил из куска доски, жестяных обрезков, 2 лампочек фонаря и 2 старых реле нехитрую схему, которая питалась от батареек и могла складывать две двоичные цифры. Свой примитивный симулятор он назвал Модель К. Руководство рассмотрело его идею и он приступил к изобретению ВМ, работающей с комплексными числами и назвал ее Модель 1 (1939г). В 1940 году эта машина была введена в действие. Сначала она могла умножать и делить комплексные числа, но после незначительной модификации добавилось сложение и вычитание. Эта машина была непрограммируемой и жестко заданной последовательностью действий, следующая операция начиналась после предыдущей. Связь с машиной осуществлялась дистанционно с помощью кабелей. Быстродействие-одна операция в минуту. Таким образом Стибиц изобрел отделенный доступ к устройству. В сентябре 1940 года Стибиц продемонстрировал машину, она использовалась до 1949 года. После ее пуска он предложил построить новую машину. Но так как построение одной машины обошлось в 20 тыс$ то его предложение не было принято. Когда в 1941 году была война, шла разработка зенитной установки. Стибиц предложил программируемую машину. Машина получила название Модель 2. В мирное время машина использовалась во всех направлениях и была демонтирована в 1961 году. Далее создавались машины Модель3,4 для систем воздушной обороны. Модель 3 баталистическая вычислительная машина. Наиболее значительной разработкой стала универсальная машина Модель5 на 9тыс реле и имела все блоки аналитической машины. Эта машина содержала два арифметических устройства, это позволяло решать 2 задачи одновременно, либо объединять для более сложных вычислений. Сложение-0.3сек, умножение-0.8сек, деление-2.7сек, корень-4.5сек. Весила она 10 тонн и обошлась заказчикам в 500 000 $. Модель 6 последняя релейная машина 1949г. Она была упрощенной версией предыдущей. Тут и закончилась история релейных машин фирмы BELL. 40-50е гг. релейные машины продолжались использоваться, хотя были созданы ЭМ, причины: 1) реле были сравнительно дешевы, обладали прочностью, большой объем производства и имелся большой опыт использования. 2) электронные лампы, на которых работали ЭВМ были дорогие, надежность мала, они были очень энергоемки, выделяли много тепла, поэтому требовалось охлаждение. 3) Наблюдалась нехватка специалистов электронщиков. 4) разработка релейных машин занимала меньше времени, чем ЭВМ. 5) для многих, завоевавших в последствии компьютерщиков, релейные машины были макетом, на котором они могли опробовать свои идеи. Только в Японии релейные машины дошли до производства.