Первая механическая машина с помощью которой

Уроки 37 — 38
История и перспективы развития вычислительной техники
§31. История развития вычислительной техники

Содержание урока

Вехи истории

Вехи истории

Первая механическая машина, с помощью которой можно было производить вычисления, была изготовлена известным французским учёным Блезом Паскалем в 1645 г. Чтобы отдать дань уважения этому изобретению, один из языков программирования впоследствии был назван именем Паскаль.

Идея о реализации вычислений в автоматическом режиме (без участия человека) впервые была предложена и детально развита английским учёным Чарльзом Бэббиджем. Он спроектировал и описал Аналитическую машину, состав и принципы действия которой фактически повторились в будущих ЭВМ.

Бэббидж посвятил всю свою жизнь работе над машиной, но построить её из механических деталей не удалось: уровень техники XIX века не позволял изготовить столь сложный и точный механизм.

Разработкой принципов программирования Аналитической машины Бэббиджа занималась Ада Лавлейс (дочь английского поэта Д. Г. Байрона). Её идеи оказали большое влияние на развитие программирования. Например, ей принадлежат термины «цикл» и «рабочая ячейка». В честь первого в мире программиста один из языков программирования получил имя Ада.

Первой ЭВМ, продемонстрировавшей на практике возможность автоматических расчётов по программе, считается ЭНИАК (сокращение от английского словосочетания Electronic Numeric Integrator and Computer) — рис. 5.1. Эта ЭВМ была построенав 1944 г. в США под руководством Джона Моучли; главным инженером проекта был Преспер Эккерт. ЭНИАК содержал 18 000 электронных ламп и, занимая зал 9 х 15 м 2 , потреблял около 150 кВт электроэнергии; выполнял более 350 умножений и 5000 сложений за секунду. Данные вводились в машину с помощью перфокарт, а программа обработки набиралась с помощью штекеров на специальных панелях.

Опыт построения первой ЭВМ был проанализирован А. Берксом, Г. Голдстайном и Дж. фон Нейманом. В 1946 г. они опубликовали работу «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», ставшую классической. Сформулированные в ней принципы построения вычислительных машин используются и сейчас, несмотря на то что со времени публикации прошло более полувека. В компьютерной литературе эти принципы часто называют фон-неймановской архитектурой ЭВМ, хотя Джон фон Нейман не был её единоличным автором.

Дальнейший прогресс вычислительной техники во многом определялся развитием её элементной базы. Важной вехой на этом пути стало создание в 1947 г. транзистора (У. Шокли, Д. Бардин и У. Браттейн). Транзистор — это полупроводниковый прибор для управления электрическими сигналами (рис. 5.2). На основе транзисторов могут собираться цифровые электронные схемы, такие как логические элементы и триггеры.

В 1958 г. Дж. Килби разработал первую интегральную микросхему — кристалл, в котором размещается не один транзистор, а целая схема на нескольких транзисторах — например, один или несколько триггеров. Все её вспомогательные радиодетали (резисторы, конденсаторы и другие) также изготавливаются с помощью полупроводниковых технологий.

Первый микропроцессор Intel 4004 был разработан под руководством инженера М. Хоффа и выпущен в 1971 г. Он был четырёхбитным, поскольку предназначался для микрокалькуляторов и должен был производить вычисления над десятичными числами (см. § 14, где рассказано о двоично-десятичном кодировании). Интересно, что цель его создания была чисто технологическая: заменить 12 специализированных микросхем одной универсальной, но программируемой. Достоинства микропроцессора как главного узла для компьютеров были оценены позднее. В ходе совершенствования элементной базы вычислительные машины становились все более мощными и компактными. В результате появились персональные компьютеры (ПК), которыми мы сейчас пользуемся. В 1976 г. два молодых приятеля С. Джобс и С. Возняк в гараже родителей Джобса собрали ПК Apple, положивший начало известному ныне семейству компьютеров. А в 1981 г. был продемонстрирован первый компьютер другого семейства — IBM PC (IBM Personal Computer), потомки которого в нашей стране особенно широко распространены.

С. Джобс и С. Возняк с компьютером Арр1е-1 (cedmagic.com)

Следующая страница Поколения ЭВМ (совершенствование элементной базы)

Cкачать материалы урока

Источник

Механические вычислительные машины

Первую вычислительную машину в 1642 г. изобрел и изготовил выдающийся французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623—1662). Паскалю было тогда 19 лет и он очень хотел помочь своему отцу, интенданту Руана, которому приходилось просиживать ночи напролет над подсчетами налоговых сборов.

Машина Паскаля, над которой он работал, не жалея ни времени, ни сил, представляла собой легкий латунный ящичек размером 350x125x75 мм и являлась машиной суммирующей, предназначенной для автоматического выполнения операций сложения и вычитания (умножение и деление не предусматривались). На верхней крышке машины помещалось восемь круглых отверстий с зубчатыми колесами и круговыми шкалами. Шкала крайнего правого отверстия была разделена на 12 равных частей, шкала соседнего — на 20 частей, остальные шесть шкал имели десятичное деление. Такая градуировка была связана с назначением машины (помощь в расчете налогов) и соответствовала делению ливра — основной денежной единицы того времени — на более мелкие: 1 су = 72о ливра и 1 денье = ]/]2 су.

Для ввода чисел и денежных сумм, которые предстояло суммировать, нужно было вставить ведущий штифт в отверстие той или иной шкалы против соответствующей цифры и повернуть зубчатое колесо по часовой стрелке до упора. Вращение каждого колеса передавалось цифровому барабану, на котором и читались цифры. Далее вводилось следующее число (или денежная сумма), и суммирование шло автоматически. Самым важным изобретением Паскаля было устройство автоматического переноса десятков, что позволяло вычислителю не тратить внимания на запоминание переноса из младшего разряда в

старший — в этом состояло самое существенное отличие машины Паскаля от всех предшествующих счетных инструментов (не говоря уже о том, что вместо предметного представления чисел как в абаке или на счетах— числом камушков или косточек — в машине Паскаля числа впервые представлялись углами поворота колеса).

Паскаль уделял своей машине большое внимание. Он получил в 1649 году королевскую привилегию, которая подтверждала его приоритет в изобретении и закрепляла за ним право производить и продавать машины. Точное число изготовленных машин не установлено. До наших дней дошло 8 машин Паскаля, поэтому устройство ее хорошо известно. Современники Паскаля восхищались его машиной, но широкого, массового распространения она не получила, поскольку была слишком сложной в изготовлении для мастеров- механиков XVII века. Однако она оказала большое влияние на последующих изобретателей.

Следующий огромный шаг вперед был сделан великим Лейбницем, который начал с усовершенствования машины Паскаля, но затем сумел создать устройство, которое выполняло не только сложение и вычитание, но все четыре действия арифметики. Как писал Лейбниц Т. Бернету: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая совершенно отлична от машины Паскаля, поскольку дает возможность мгновенно выполнять умножение и деление над огромными числами. «.

В основе машины Лейбница лежал изобретенный им особый ступенчатый валик (знаменитый «валик Лейбница») — т. е. цилиндр, на боковой поверхности которого расположено 9 ступенек разной длины. Валик Лейбница позволял ввести множимое одной установкой и широко применялся в конструкциях счетных машин вплоть до XX века.

Любопытно отметить, что дотошные историки вычислительной техники обнаружили, что еще раньше Паскаля счетную машину изобрел и, по- видимому, даже изготовил в 1623 году профессор университета в городе Тюбингене (Германия) Вильгельм Шиккард (1592—1636). Шиккард начал работать в университете в Тюбингене в 1617 году в качестве профессора кафедры восточных языков, потом увлекся математикой ив 1631 году занял кафедру математики и астрономии. По сохранившимся материалам и эскизам в XX веке построили действующую модель машины Шиккарда, и она оказалась вполне работоспособной и не уступающей машине Паскаля. Однако подлинная машина Шиккарда сгорела во время пожара, затем умер от холеры и сам изобретатель.

Причина, конечно, заключалась в том, что Шиккард был рядовым и мало кому известным профессором провинциального университета Германии, которая как раз тогда была жестоко разорена и отброшена назад Тридцатилетней войной 1618—1648 годов. А Паскаль еще в юном возрасте, в 16 лет, получил известность как математик, написавший «Опыт о конических сечениях», затем стал известен и как физик, исследовавший, в частности, законы передачи давления в жидкости. На основе этих исследований были построены потом гидравлические прессы. В честь Паскаля единица давления носит сейчас его имя. Позже Паскаль стал известен и как философ. Понятно, что машина, изобретенная таким человеком, и, тем более, во Франции, которая тогда была наиболее передовой страной Европы, быстро стала известна всем и определила все дальнейшее развитие вычислительных машин.

В дальнейшем очень многие ученые и изобретатели продолжали совершенствовать вычислительные машины Паскаля и Лейбница, предлагали новые конструкции и технические решения (оригинальная машина была предложена, например, Пафнутием Львовичем Чебышевым), но вплоть до второй половины XIX века широкого, массового применения они не получили. Главная причина заключалась в отсутствии и в XVII, и в XV111 веках технологической базы, которая позволяла бы изготовлять точные и взаимозаменяемые зубчатые колеса, способные быстро передавать вращение одних осей на другие оси. Для очень медленного вращения осей, используемого в механических часах, достаточно надежно работали тогдашние примитивные шестерни с треугольными, прямоугольными и трапециевидными зубьями. Для вычислительных машин, где скорости вращения осей много больше, были необходимы зубья с непрерывным контактом, который можно обеспечить, если каждый зуб нарезан по кривой, называемой «эвольвентой», т. е. разверткой круга. При такой нарезке зубьев обеспечивается плавное эвольвентное зацепление, которое до настоящего времени используется в зубчатых передачах.

Все это важно подчеркнуть потому, что, рассказывая об истории науки и техники, автор, ввиду ограниченности объема книги, волей неволей в состоянии упомянуть лишь очень ограниченный круг лиц, и у читателя может создаться впечатление, что вычислительную технику создали только лишь упомянутые в книге великие ученые — Паскаль, Лейбниц, Эйлер и Чебышев. На самом деле это совсем не так. Техника еще в большей степени, чем наука, является делом коллективным. Работы великих ученых и изобретателей размечают, как правило, «узловые точки» в эволюции науки и техники, намечают пути ее дальнейшего развития. Но это развитие неизбежно заглохнет, если дело «великих» не будет подхвачено сотнями и тысячами исследователей, инженеров, технологов, квалифицированных рабочих. Их имена не всегда остаются на страницах самых подробных работ по истории науки и техники, но без их труда развитие вычислительной техники не было бы столь победоносным и она не развивалась бы столь стремительно — особенно в последние десятилетия.

Для вычислительной техники особую роль играли успехи технологии в смежных с нею областях. Мы еще не раз будем говорить об этом в последующих разделах, а пока отметим, что именно успехи в технологии точного машиностроения, в изготовлении точно обработанных и взаимозаменяемых деталей стали основой массового производства арифмометров во второй половине XIX века.

Источник

Первая механическая машина, с помощью которой можно было производить вычисления, была изготовлена известным французским ученым Блезом Паскалем (1623-1662) — презентация

Презентация была опубликована 7 лет назад пользователемАнастасия Мотовилова

Похожие презентации

Презентация на тему: » Первая механическая машина, с помощью которой можно было производить вычисления, была изготовлена известным французским ученым Блезом Паскалем (1623-1662)» — Транскрипт:

2 Первая механическая машина, с помощью которой можно было производить вычисления, была изготовлена известным французским ученым Блезом Паскалем ( ) в 1645 году. Чтобы отдать дань уважения этому изобретению, один из языков программирования впоследствии был назван именем Паскаль. Блез Паскаль ( )

3 Идея о реализации вычислений в автоматическом (без участия человека) режиме впервые была предложена и детально развита английским ученым Чарльзом Бэббиджем ( ). Он спроектировал и описал аналитическую машину, состав и принципы действия которой фактически повторились в будущих ЭВМ. Бэббидж посвятил всю свою жизнь работе над машиной, но построить ее из механи- ческих деталей не удалось: уровень техники XIX века не позволял изготовить столь сложный и точный механизм. Чарльз Бэббидж ( )

4 Ада Лавлейс ( ) Программированием для аналитической машины Бэббиджа занималась Ада Лавлейс (дочь английского поэта Д.Г. Байрона, ). Ее идеи оказали большое влияние на развитие программирования. Например, ей принадлежат термины «цикл» и «рабочая ячейка». В честь первого в мире программиста один из языков программирования получил имя Ада.

5 Следующим шагом стало создание машин на основе электромеханического реле. Машины назывались счетно-перфорационными, т.к. исходные данные представлялись на перфокартах. Первая фирма по производству таких машин была американская компания IBM. Ее основал в1897г Г.Холлерит. В 1940-х годах создаются релейные вычислительные машины с программным управлением. Наиболее крупные проекты данного периода – Z1, Z2 b Z3, созданные немецким изобретателем Конрадом Цузе. В США созданием релейных машин занимается Говард Айкен (MARK г; MARK г), в СССР разработана машина РВМ-1 Н.И.Бессоновым.

6 Первой ЭВМ, продемонстрировавшей на практике возможность автоматических расчетов по программе, считается ЭНИАК (сокращение от английского словосочетания Electronic Numeric Integrator and Computer). Он был построен в 1944 году в США под руководством Джона Моучли; главным инженером проекта был Преспер Эккерт. ЭНИАК содержал электронных ламп и, занимая зал 9×15 м2, потреблял около 150 кВт электроэнергии; он выполнял более 350 умножений и 5000 сложений за секунду. Данные вводились в машину с помощью перфокарт, а программа обработки набиралась с помощью штекеров на специальных панелях. Компьютер «ЭНИАК»

7 Опыт построения первой ЭВМ был проанализирован А. Берксом, Г. Голдстайном и Д. фон Нейманом. В 1946 году они опубликовали работу «Предварительное рассмотрение логической Конструкции электронного вычислительного устройства», ставшую классической. Сформулированные в ней принципы построения вычислительных машин используются и сейчас, несмотря на то, что со времени публикации прошло более полувека. В компьютерной литературе эти принципы часто называют фон-неймановской архитектурой ЭВМ, хотя Джон фон Нейман не был ее единоличным автором. Джон фон Нейман ( )

9 Первой в истории вычислительной машиной, созданной в соответствии с принципами фон Неймана, была английская ЭВМ EDSAC, 1949г. Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ конструкции С.А.Лебедева, впоследствии под его руководством были созданы ЭВМ М-20, М- 220, БЭСМ-3М, БЭСМ-4, БЭСМ-6, «Эльбрус». К первым отечественным семействам относятся также серии «Урал» и «Минск». Первым семейством ЭВМ на интегральных схемах стала серия машин IBM-360, выпуск которых начался в США в 1964г.

10 Первый микропроцессор Intel 4004 был разработан под руководством инженера М. Хоффа и выпущен в 1971 году. Он был четырехбитным, поскольку предназначался для микрокалькуляторов и должен был производить вычисления над десятичными числами. Интересно, что цель его создания была чисто технологическая: заменить 12 специализированных микросхем одной универсальной, но программируемой. Достоинства микропроцессора как главного узла для компьютеров были оценены позднее. В ходе совершенствования элементной базы вычислительные машины становились все более мощными и компактными. В результате появились персональные компьютеры (ПК), которыми мы сейчас пользуемся. В 1976 году два молодых приятеля С. Джобс и С. Возняк в гараже родителей Джобса собрали ПК Apple, положивший начало известному ныне семейству компьютеров. А в 1981 году был продемонстрирован первый компьютер другого семейства – IBM PC (IBM Personal Computer), потомки которого в нашей стране особенно широко распространены. С. Джобс и С. Возняк с компьютером Apple-I

Источник