Вычислительная машина

17th century mechanical calculators  Detail pascal

Механизация и машинизация вычислительных операций — одно из основополагающих технических достижений второй трети XX века. Подобно тому, как появление первых прядильных машин послужило началом великого промышленного переворота XVIII-XIX веков, создание электронной вычислительной машины стало предвестником грандиозной научно-технической и информационной революции второй половины XX столетия.

Первую вычислительную машину собрал в 1645 году Паскаль. Ввод чисел осуществлялся с помощью вращения независимых колес и цилиндрических барабанов с нанесенными цифрами. Сложение сложных чисел производилось с помощью автоматической операции переноса десятка в старший разряд в одном направлении вращения. Вычитание было заменено сложением с десятичным дополнением. Умножение сводилось к сложению.

12-разрядный арифмометр Лейбница появился в 1694 году. Ввод данных осуществлялся с помощью ступенчатого валика и зубчатой рейки, которая входила в зацепление с колесом с нанесенными на него цифрами от 0 до 9.

Difference engine plate 1853

В 1822 году Чарльзом Бэббиджем была изготовлена разностная машина для расчетов арифметических, тригонометрических, логарифмических, астрономических и навигационных таблиц и таблиц процентов. В ней применялись те же десятичные счетные колеса, что и у Паскаля. Сложение происходило в два этапа с последовательным переносом. При вычитании счетные колеса вращались в противоположную сторону. Умножение сводилось к последовательному сложению, а деление – к последовательному вычитанию.

В дальнейшем он начал разрабатывать конструкцию аналитической машины, которая стала прямой предшественницей современных ЭВМ. По существу это означало создание программно-управляемой машины (универсального вычислителя), не требующей вмешательства человека. Машина производила арифметические операции, сравнивала полученные числа, переходила к другой части программы, организовывала цикл. Память машины должна была включать в себя 1000 регистров по 50 числовых колес в каждом, то есть в ней можно было хранить 1000 пятидесятизначных чисел. Скорость выполняемых вычислений зависела от скорости вращения цифровых колес. Бэббидж предполагал, что сложение двух 50-разрядных чисел будет занимать 1 секунду. Над устройством машины он работал в течение почти сорока лет (1834-1871), но так и не завершил, оставив более 200 чертежей машины и ее отдельных узлов. Первая программа вычисления чисел Бернулли для этой машины была составлена в 1843 году леди Адой Лавлейс.

Tabulatrice%2C selezionarice e perforatrice hollerith   Museo scienza tecnologia Milano D0779 02

В первом счетно-перфорационном комплексе для обработки большого объема данных Герман Голлерит применил электромеханическое реле, а также заменил карточки 80-колонными перфокартами. Комплекс включал входной перфоратор (ручной) и табулятор (суммирующую машину) с устройством для сортировки перфокарт. Стержни через отверстия перфокарт попадали в чашечки с ртутью, электрическая цепь замыкалась, добавляя к имеющемуся на счетчике числу новую единицу. За один прогон сортировалось до 1000 карточек в час. Первый патент Голлерит получил в 1884 году. В 1889 году проводилась пробная перепись в четырех районах города Сан-Луи. Ее результаты благодаря табулятору были обработаны всего за два года.

В 1902 году Голлерит создал автоматический табулятор. Чашки с ртутью были заменены на контактные щетки (1908 г.). Скользящие кулачковые муфты вала управлялись электромагнитами. Совмещенное с контактной щеткой отверстие замыкало электрическую цепь соответствующего электромагнита, он включал муфту, подсоединяющую цифровое колесо к вращающемуся валу, чего содержимое счетчика в данном разряде увеличивалось на число, пропорциональное одному повороту колеса.

1280px Card puncher   NARA   513295

В 1896 году Голлерит основал фирму «Табьюлейтинг Машин Компани», специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В 1911 году его фирма вошла в состав корпорации IBM.

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе создал первую в истории релейную электронно-вычислительную машину Z1 на телефонных реле. В 1939 году появилась модель Z2, а в 1941 году Цузе собрал первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением, в которой использовалась двоичная система.

1920px Harvard Mark I Computer   Left Segment

В США Говард Айкен создал проект автоматической универсальной вычислительной машины, способной решать широкий круг научных задач. С 1937 г. по 1944 г. совместно с инженерами IBM была собрана машина «Марк-1». Реле, счетчики, контактные и печатающие устройства ввода и вывода перфокарт были стандартными частями табуляторов, выпускаемых IBM. В 1944 году машина была собрана и передана Гарвардскому университету. В ней было 72 основных регистра и 60 дополнительных. Механизм суммирования не отличался от сумматора голлеритовских табуляторов. Умножение и деление производились в отдельном устройстве. В машине имелись встроенные блоки для вычисления некоторых функций, в т. ч. sin x, log x. Скорость выполнения операций в среднем составляла: сложение и вычитание – 0,3 секунды, умножение – 5,7 секунды, деление – 15,3 секунды.

Eniac

Первая электронная вычислительная машина создавалась Джоном Моучли и Преспером Эккертом совместно с большой командой инженеров, техников и рабочих с 1943 г. до 1946 г. Электронно-цифровой интегратор и вычислитель – «ЭНИАК». Сооружение занимало площадь 135 кв. м, имело массу 30 т и энергопотребление 150 кВт. Машина состояла из сорока панелей, содержащих 18000 электронных ламп и 1500 реле. На умножение ЭНИАК тратил всего 0,0028 секунды, а на сложение – 0,0002 секунды. Ввод чисел в машину производился при помощи перфокарт. Программное управление осуществлялось посредством коммутационной доски. На подготовку машины к работе уходило до нескольких дней, тогда как задача порой решалась всего за несколько минут. Машина не могла хранить информацию, и в 1944 году для нее была реализована хранимая в памяти программа в двоичной системе.

MCM 70 04

В 1947 году Эккерт и Моучли основали свою фирму, а в 1951 году наладили серийный выпуск своих машин UNIVAC-1. В 1951 году появилась первая советская ЭВМ МЭСМ академика Лебедева. А в 1952 году свой первый промышленный компьютер IBM 701 выпустила фирма IBM. Все эти машины имели в своей конструкции много общего.