Основы построения ЭВМ. Основные определения. Вычислительная машина. Функция Аккермана – тест для компьютера, страница 6

<20>

Лейбниц (в 1673-74гг.) сконструировал ВУ на принципе ступенчатого валика, который используется в современных машинах электромеханического типа (выполняет основные арифметические действия и ).

В 1874 году механик Монетного двора в Петербурге Однер изобрел арифмометр, прототип современных арифмометров. Ему была присвоена золотая медаль на выставке в Париже в 1900г.

<21>

Первые идеи, которые легли в основу создания современных ЭВМ, были высказаны англичанином Чарльзом Бэббиджем в 1822-33 гг. Идеи создания ВМ были высказаны им еще студентом в 1812 г.

Его первая действующая модель ВМ (1822г.) позволяла вычислять полиномы 2-ой степени с точностью до 8 знаков. Эту машину он назвал «разностной», исходя из принципа вычисления полиномов путем последовательного суммирования разностей различных порядков функций. Построена она была на зубчатых колесах (96 штук).

В отличие от счетных устройств Паскаля и Лейбница, в разностной машине не требовалось вмешательство человека при переходе к расчету следующего значения функции. В этом был шаг вперед. Бэббиджем была задумана машина для вычисления полиномов 7-й степени с точностью до 20 значащих цифр с печатью результатов на бумаге.

Но эту работу он не закончил, так как увлекся идеей создания «Аналитической машины» или, говоря современным языком, универсальной ВМ, способной выполнять вычисления автоматически по алгоритмам любой сложности.

По своей структуре машина Бэббиджа была механическим прообразом современных ЭЦВМ. Она должна была состоять из двух основных частей – «завода» (арифметическое устройство) и «склада» (памяти) для хранения чисел. Память машины была механической: 1000 колонок по 50 цифровых колес. Положение колес соответствовало изображению цифры в десятичной позиционной системе счисления (ПСС). Таким образом, емкость составляла 1000 пятиразрядных десятичных чисел.

Управление работой ВМ предполагалось осуществлять при помощи перфокарт. Щупы, проходившие в отверстия в картах, приводили в движение цифровые колеса. Каждое колесо по команде, выдаваемой с перфокарт, могло соединяться с «заводом», выполнявшим арифметические действия. Результат этих действий ВМ отправляла обратно на «склад», а по окончании вычислений печатала на бумаге.

Бэббидж рассчитывал, что его ВМ может выполнять до 60 сложений 5-значных десятичных чисел в минуту.

Он надеялся, что ее можно будет использовать для составления и выверки некоторых математических и морских таблиц, таблиц логарифмов, для проверки данных астрономических наблюдений и других сложных и громоздких математических задач.

Однако постройка машины затянулась на многие десятилетия. После смерти ученого в 1871г. работу продолжил его сын, но ВМ так и не удалось закончить. Механические детали и узлы ВМ были неточными и ненадежными, действовали медленно и оказались непригодными для осуществления гениальной идеи ученого, на столетие опередившего свою эпоху.

Бэббидж по праву считается основоположником программного управления и запоминаемой программы…

Для заданных порядка действий по передаче чисел и записи самих исходных данных впервые предлагалось использовать перфокарты и полоски бумаги, наподобие карт Жоккара из ткацкого производства. Карты эти могли двигаться взад и вперед в зависимости от знака результата вычислений. Это уже этап автоматизации вычислительного процесса.

Этот принцип изменения программы вычислений в зависимости от результатов является гениальным открытием Бэббиджа и является тем главным, что отличает универсальную ВМ от иных ВУ. Именно это позволяет использовать ВМ как инструмент аналитического исследования.

Скорость выполнения операций:

–  сложение до 1 сек.

–  умножение, деление до 1 мин.

Бэббиджу принадлежит идея сквозного переноса при сложении.

Структурные решения ВМ Бэббиджа, доведенной до инженерного проекта, и сейчас представляют интерес по организации вычислительного процесса: параллелизм, разделение инструкций по командам, возможность считывания информации без разрушения и с очисткой регистров и др.