История развития компьютерной техники

| Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
| Теги реферата: баллов, изложение 9
| Добавил(а) на сайт: Шайнюк.

Большинство логиков того времени либо игнорировали, либо резко критиковали систему Буля, но ее возможности оказались настолько велики, что она не могла долго оставаться без внимания. Американский логик Чарльз
Сандерс Пирс познакомил в 1867 г. с булевой алгеброй американскую научную общественность, кратко изложив существо этой системы в своем докладе для
Американской академии наук и искусств. На протяжении двух последующих десятилетий Пирс затратил немало времени и сил, модифицируя и расширяя булеву алгебру. Внедрив булеву алгебру в курсы логики и философии в американских университетах, Пирс посеял семена, которые дали богатые всходы полстолетия спустя. В 1936 г. выпускник американского университета Клод
Шеннон, которому было тогда всего 21 год, сумел ликвидировать разрыв между алгебраической теорией и ее практическим применением.

КАК ТЕОРИЮ СВЯЗАТЬ С ПРАКТИКОЙ

В то время Шеннон только перешел в Массачусетский технологический университет. Желая подработать, Шеннон выполнял обязанности оператора на неуклюжем механическом вычислительном устройстве под названием
“дифференциальный анализатор”, который построил в 1930 г. научный руководитель Шеннона профессор В. Буш. Это была первая машина, способная решать сложные дифференциальные уравнения, которые позволяли предсказывать поведение таких движущихся объектов, как самолет, или действие гравитационного поля. На решение таких уравнений вручную уходили иногда целые месяцы. Однако машина обладала рядом недостатков. Прежде всего—ее гигантские размеры: механический анализатор Буша представлял собой сложную систему валиков, шестеренок и проволок, соединенных в серию больших блоков, которые занимали целую комнату. Чтобы поставить машине задачу, оператор вынужден был вручную подбирать множество шестереночных передач, на что уходило 2—3 дня. При любом измерении параметров задачи оператору приходилось изрядно потрудиться и перепачкаться в машинном масле.

В качестве темы диссертации Буш предложил Шеннону изучить логическую отганизацию своей машины. По мере того, как Шеннон все глубже вникал в устройство машины, у него росло настойчивое желание усовершенствовать ее.
Вспомнив Булеву алгебру, которую он изучал еще студентом, Шеннон поразился ее сходством с принципом работы электрических схем. Постепенно у Шеннона стали вырисовываться контуры устройства компьютера. Если построить электрические цепи в соответствии с принципами булевой алгебры, то они могли бы выражать логические отношения, определять истинность утверждений, а также выполнять сложные вычисления. Электрические схемы, очевидно, были бы гораздо удобнее шестеренок и валиков, щедро смазанных машинным маслом.
Свои идеи Шеннон изложил в докторской диссертации в 1938 г.

А в это время на другом конце страны Джордж Стибиц, математик из фирмы “Белл телефон лабораторис”, по привычке размышлял на досуге “о том, о сем”. Однажды, в 1937 г., ему в голову пришла мысль, что булева логика—это естественный язык, на котором должна основываться работа систем электромеханических телефонных реле.

ОТ СЛОВ К ДЕЛУ

Стибиц сразу приступил к делу, полагая, что руководство фирмы найдет применение его результатам. Как и все любители поизобретать, он начал с того, что собрал необходимые детали и принадлежности. Работая по вечерам за кухонным столом, он собрал аппарат из старых реле, пары батареек, лампочек, проводов и металлических полосок, нарезанных из жестянных банок. Созданное им устройство, было электромеханической схемой, которая выполняла операцию двоичного сложения.

Еще через пару лет Стибиц вместе с другим сотрудником фирмы разработал устройство, способное производить операции вычитания, умножения и деления, а также сложения комплексных чисел. Стибиц назвал свое устройство калькулятором комплексных чисел, и в январе 1940 г. ее начали использовать в управлении фирмы на Манхэттэне. Установленный рядом телетайп передавал на машину сигналы и через считанные секунды получал ответ.

Однако еще до того, как Шеннон закончил диссертацию, а Стибиц начал собирать модель калькулятора на кухонном столе, подобной работой занялся их собрат по духу Конрад Цузе, живший в Берлине.

В 1936 г. Цузе уволился из технической фирмы, где работал, и отдал все свое время разработке компьютера. Получив немного денег от друзей, он устроил “мастерскую” на маленьком столе в углу гостинной в доме родителей.
Когда машина стала приобретать форму и разростаться в размерах, ему пришлось придвинуть еще несколько столов, а затем переместиться со своим детищем в середину комнаты. Через 2 года он завершил постройку машины, которая занимала около 4 м2 и представляла собой хитросплетение реле и проводов.

Машина Z1 имела клавиатуру с которой вводились в нее условия задач.
По завершении вычислений результат высвечивался на панели с множеством маленьких лампочек. В общем Цузе был доволен своим аппаратом, сомнения вызывала только клавиатура, которая, на его взгляд, была неудобной и слишком медленно действовала. Перебрав в уме другие варианты, он придумал очень остроумное и дешевое устройство ввода: Цузе стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке. Машина, работавшая с перфорированной лентой, получила название
Z2.

Цузе с энтузиазмом продолжал работу в одиночку до 1939 г. Но тут началась вторая мировая война. Цузе, Стибиц и другие пионеры вычислительной техники по обе стороны Атлантического океана оказались втянутыми в лихорадочную гонку, целью которой было создание на основе их разработок принципиально нового вида вооружений. Война дала мощный импульс дальнейшему развитию теории и практики вычислительной техники. Она также способствовала тому, что были собраны воедино разрозненные достижения ученых и изобретателей, внесших свой вклад в развитие двоичной математики, начиная с
Лейбница. Двухсимвольное представление информации в конце концов было принято за основу языка ЭВМ.

РАЗРАБОТКИ ВОЕННЫХ ЛЕТ

В конце 1941 г., вскоре после вступления США во вторую мировую войну, президент фирмы IBM направил телеграмму в Белый дом. Как и многие другие рукводители крупных компаний, в это трудное для страны время Томас Дж.
Уотсон предложил американскому правительству услуги своей корпорации.

Казалось, производственный потенциал фирмы имеет мало общего с военной техникой. В основном фирма была ориентирована на производство таких изделий, как пишущие машинки, настольные калькляторы и табуляционные машины, подобные той, какую изобрел Герман Холлерит в 1890 г. Уотсон, которому в 1941 г. было уже 67 лет, начинал карьеру, торгуя кассовыми аппаратами для магазинов, и постепенно превратил свою компанию в концерн с многомиллионным оборотом. В нем сочетались интуиция, позволяющая улавливать наиболее перспективные направления технического развития, и талант предпринимателя.

Выполняя обещание, данное Белому дому, фирма IBM “вступила” в войну.
Тысячи табуляторов, гигантских машин для сортировки перфокарт, получивших позднее название прцессоров данных,—ускоряли поток бумажной работы порожденной всеобщей мобилизацией. Часть производственных помещений Уотсон переоборудовал для производства винтовок и прицельных устройств для бомбометания.

Однако в рукаве белоснежной сорочки Уотсона был припрятан еще один
“козырь”. За два года до нападения Японии на Пирл-Харбор он вложил $500000 из фондов своей фирмы в дерзкое предприятие, задуманное молодым гарвардским математиком Говардом Эйкеном. Устав от бесконечных вычислений в процессе работы над докторской диссертацией, Эйкен решил создать универсальный программируемый компьютер.

КОМПЬЮТЕР “МАРК-1”

С благословения командования военно-морского флота, при финансовой и технической поддержке фирмы IBM Эйкен принялся за разработку машины, в основу которой легли непроверенные идеи XIX в. и надежная технология XX в.
Описания Аналитической машины, оставленного самим Бэббиджем, оказалось более чем достаточно. В качестве переключательных устройств в машине Эйкена использовались простые электромеханические реле; инструкции были записаны на перфоленте. В отличие от Стибица Эйкен не осознал преимуществ двоичной системы счисления, и данные вводились в машину в виде десятичных чисел.

Разработка машины “Марк-1” проходила на удивление гладко. Успешно пройдя первые испытания в начале 1943 г., она была затем перенесена в
Гарвардский унивеситет, где стала яблоком раздора между ее изобретателем и его шефом.

Следует заметить, что и Эйкен, и Уотсон, обладая немалым упрямством, любили делать все по-своему. Сначала они разошлись во мнениях по поводу внешнго вида машины. “Марк-1”, достигавший в длину почти 17 м и в высоту более 2,5 м, содержал около 750 тыс. деталей, соединенных проводами общей протяженностью около 800 км. Для инженера такая махина была поистине кошмарным сном. Эйкен хотел оставить внутренности машины открытыми, чтобы специалисты имели возможность видеть ее устройство. Уотсон же, которого, как всегда, больше беспокоила репутация фирмы, настаивал, чтобы машину заключили в корпус из стекла и блестящей нержавеющей стали.

Вскоре Уотсон передал машину в распоряжение ВМФ, и ее стали использовать для выполнения сложных баллистических расчетов, которыми руководил сам Эйкен. “Марк-1” мог перемалывать числа длинной до 23 разрядов. На сложение и вычитание тратилось 0,3 с, а на умножение 3 с.
Такое быстродействие было беспрецендентным. За день машина выполняла вычисления, на которые раньше уходило полгода.

В Германии лидерство захватил Конрад Цузе. В 1941 г., почти за два года до того, как “Марк-1” прелопатил первые числа, и вскоре после создания пробных моделей Z1 и Z2, Цузе построил действующий компьютер—прграммно управляемое устройство, основанное на двоичной системе счисления. Машина Z3 была значительно меньше машины Эйкена и значительно дешевле в производстве.

В 1942 г. он и австрийский инженер-электрик Хельмут Шрайер, который время от времени сотрудничал с Цузе, предложили создать компьютер принципиально нового типа. Они задумали перевести машину Z3 с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы. В отличие от электромеханических переключателей электронные лампы не имеют движущихся частей; они управляются электрическим током исключительно электрическим способом. Машина, задуманная Цузе и Шрайером, должна была работать в тысячу раз быстрее, чем любая из машин, имевшихся в то время в Германии.

Но предложение инженеров отклонили. Война еще только начиналась, и
Гитлер, уверенный в быстрой победе, наложил запрет на все долговременные научные разработки. Говоря о потенциальных сферах применения своего быстодействующего компьютера, Цузе и Шрайер отмечали возможность его использования для расшифровывания закодированных сообщений, передаваемых британским командованием по рациям. Тогда еще никто не знал, что англичане разрабатывали машину для той же цели.