100 знаменитых изобретений
Шрифт:
С 1935 г. в Советском Союзе начались исследования по созданию гидравлических устройств для решения ряда дифференциальных уравнений – гидроинтеграторов.
В годы Второй мировой войны в США появились электромеханические автоматические машины с программным управлением на электромагнитных реле.
Первая такая машина была построена в 1944 г. в Гарвардском университете и называлась «МАРК-1». В ней использовались элементы техники построения счетно-аналитических машин с применением перфокарт.
В 1946 г. П. Эккерт и Дж. Моучли создали вычислительную машину ENIAC (электронный интегратор и вычислитель) для расчета баллистических траекторий снарядов. В 1947 г.
В 1949 г. англичанином Уилксом была создана вычислительная машина EDSAC.
В 1951 г. Эккерт и Моучли создали машину UNIVAC-1 (Universal Automatic Computer). UNIVAC-1 была создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Она работала с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки. Она была построена для бюро переписи США и пущена в эксплуатацию весной 1951 года.
Первые компьютеры строились на релейных схемах или на вакуумных лампах. По размерам они были настолько большими, что занимали большую комнату. Сейчас такие компьютеры принято называть компьютерами первого поколения.
Компьютеры на вакуумных лампах часто выходили из строя, занимали много места и имели очень ограниченную область применения. В основном они использовались для научно-технических расчетов, которые проводились создателями этих машин. Программы для таких компьютеров составлялись в машинных кодах или на языках, близких к машинным языкам.
Машины с электромеханическими реле позволяли решать довольно сложные задачи, но были относительно тихоходны в счетах.
Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 1950-х годов было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники Д. Эккерта, «архитектура машины определяется памятью». Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.
В 1951 г. Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине «Whirlwind-1» впервые была применена память на магнитных носителях. Она представляла собой 2 куба с 323 217 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.
В связи с бурным развитием электроники появилась возможность создания совершенных математических машин – устройств, производящих математические и логические операции над вводимыми в них данными и дающих результаты в удобном для использования виде.
Электронные вычислительные машины оперируют с числами, представленными в виде определенной последовательности электрических импульсов – кода данного числа. Перед началом решения той или иной задачи она должна быть сформулирована в виде определенных математических соотношений, причем самые сложные задачи можно решать посредством четырех действий арифметики. Электронно-вычислительная машина осуществляет тот же порядок решения задач, что и человек-оператор, работающий на арифмометре, хотя скорость выполнения операций при этом намного выше. В отличие от таких вычислительных машин, как арифмометр, в электронных машинах весь вычислительный процесс полностью автоматизирован. Операции представлены в виде задания, называемого командой, с помощью определенного кода. Из последовательных команд образуется программа для работы машины, т. е. программа вычислений. Команды хранятся в так называемом запоминающем устройстве (или накопителе).
При
После того как в машину введены исходные данные и программа вычислений, записанная в виде условного кода, полная автоматичность вычислительного процесса обеспечивается устройством управления. Введенные в машину коды переносятся в запоминающее устройство, разбитое на множество перенумерованных ячеек. Емкость запоминающего устройства во многом определяет способность машины решать разнообразные задачи.
Основными элементами первых электронных вычислительных машин были электронные реле, электронные вентили и счетчики импульсов. В качестве запоминающей ячейки применялись вакуумные электронные реле – триггерные ячейки. Из комбинаций отдельных деталей и отдельных стандартных ячеек составлялись блоки машины. Основными из них являлись следующие устройства.
Вводное (или входное) устройство служило для первоначального ввода исходных числовых данных и команд (программы вычислений).
Арифметическое устройство, объединяющее электронные счетные схемы, выполняло арифметические действия и логические операции. Оно приводило заданное действие в соответствие с заранее установленным кодом операции. Применение двоичной системы счисления позволяло все арифметические операции свести к операциям сложения и вычитания кодов чисел этой системы. Сложение и вычитание производилось электронным сумматором. Это устройство являлось важнейшим элементом электронной счетной машины.
Запоминающее устройство использовало электронные реле и различного типа линии задержки импульсов, а также магнитные ленты и барабаны, перфорированные ленты и т. п.
Устройство управления, превращало команды в систему импульсов и обеспечивало полную автоматичность всех вычислений по заданной программе.
Устройство контроля позволяло контролировать производимые машиной расчеты, правильность вычислений, сигнализировало о возникших в машине неисправностях и ошибках в вычислениях. Контроль над работой машины осуществлялся с центрального пульта управления.
Выводные (выходные) и печатающие устройства служили для фиксирования полученных результатов вычислений. Эти результаты записывались в виде импульсов кода, а специальные дешифрирующие печатающие устройства преобразовывали записанный код в цифры и печатали их.
Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC-1 фирма «Ремингтон – Рэнд» в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее своего предшественника. Позже в компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания.
Сотрудники фирмы «Ремингтон – Рэнд» использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code». Это был первый интерпретатор, созданный в 1949 году Джоном Моучли. Капитан ВМФ США (в дальнейшем единственная в ВМФ женщина-адмирал) Грейс Хоппер разработала первую программу-компилятор А-0. Эта программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме.
В начале 1950-х годов в разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM-701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант этой машины – IBM-704 отличался высокой скоростью работы. В ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.