История вычислительных
машин
Первым устройством, предназначенным для облегчения
вычислений, стали счеты. С помощью костяшек счетов можно было совершать
операции сложения и вычитания и несложные умножения. Однако счеты совершенно
непригодны для операций над нецелыми числами и не могут производить сложных
операций. А потребности человечества в вычислениях все увеличивались.
В 1642 г. французский математик Блез Паскаль
сконструировал первую механическую счетную машину «Пас-калина», которая могла
механически выполнять сложение чисел. В 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц
сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических
действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На
них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических
таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия —
счетчик — человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий
определенную последовательность инструкций (такую последовательность
инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты
производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по
нескольку недель и месяцев. Причина проста: при таких расчетах выбор
выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость
его работы весьма ограничена.
Еще в первой половине XIX в. английский математик Чарльз
Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть
компьютер. Бэббидж называл его аналитической машиной. Именно Бэббидл: впервые
додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с
помощью программы. Бэббидж дател построить свой компьютер как механическое
устройство, а программы собирался задавать посредством перфокарт • - карт из
плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий (они в то время
уже широко применялись в ткы.ких станках). Однако довести до конца эту работу
Бэббидж не смог: она оказалась слишком сложной для техники того иремени.
Первым реализовал идею перфокарт Холлзрит. Он изобрел
машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он
впервые применил электричество для расчетов.
В 40-х годах XX в. сразу несколько rpyni исследователей
повторили попытку Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических
реле. Некоторые из этих исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и перготкрыли
его идеи заново. Первым из них был немецкий ивкенер Конрад Цузе, который в
1941 г. построил небольшой бомпьютер на основе нескольких электромеханических
реле. Но из-за войны работы Цузе не были опубликованы. А в CEIA в 1943 г. на
одном из предприятий фирмы IBM (International Business Machines Corporation)
американец Говард Эйкея создал более мощный компьютер под названием «Марк-1».
Он уже проводил вычисления в сотни раз быстрее, чем вручную (с помощью
арифмометра) и реально использовался для вое яых расчетов. В нем
использовалось сочетание электрических с чгналов и механических приводов.
«Марк-1» имел размеры 15x2,5 м и содержал 750 000 деталей, он мог перемножить
два 23-разрядных числа за 4 с.
Однако электромеханические реле работают весьма медленно и
недостаточно надежно. Поэтому начик;ш с 1943 г. в США группа специалистов под
руководством Длона Мочли и Преспера Экерта начала конструировать компьютер
ENIAC на основе электронных ламп. Созданный ими компьютер работал в тысячу
раз быстрее, чем «Марк-1?. Но обнаружилось, что большую часть времени этот
компьютер простаивал, вел> для задания метода расчетов (программы) в этом
компьютере приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней
подсоединять нужным образом провода. А сам расчет после этого мог занять
всего лишь несколько минут или даже секунд.
Чтобы упростить и ускорить процесс задания программ, Мочли
и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить
программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый
математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере.
Доклад был разослан многим ученым и стал широко известен, поскольку в нем фон
Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования
компьютеров, т. е. универсальных вычислительных устройств. И до сих пор подавляющее
большинство компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые
изложил в своем докладе в (945 г. Джон фон Нейман. Первый компьютер, в
котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г.
английским исследователем Морисом Уилксом.
Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal
Automatic Computer) начат;, примерно в 1947 г. Экертом и Мочли, основавшими в
декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины (UNIVAC-1)
был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г.
Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана
на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2.25 МГц И
содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство с
емкостью 1000 12-разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных
линиях задержки.
Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNIVAC-1 ее
разработчики выдвинули идею автоматического программирования. Она сводилась к
тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд,
которая нужна для решения данной задачи.
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
о впервые была применена память на магнитных сердечниках. Она представляла
собой 2 куба 32 х 32 х 17 с сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048
слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на четность.
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 машины IBM 704 отличался высокой скоростью
работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в
форме с плавающей запятой.
После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном
плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине
впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы
ввода-вывода.
В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные
головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип
памяти — дисковые запоминаю-1 щие устройства (ЗУ), значимость которых была в
полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной
техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC. Последняя
имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием,
которые вращались со скоростью 12 000 об./мин. На поверхности диска
размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10 000 знаков каждая.
Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC-1 фирма Remington-Rand
в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже
в компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания.
Сотрудники фирмы Rernington-Rand использовали
алгебраическую форму записи алгоритмов под названием «Short Code» (пррвый
интерпретатор, созданный R 1949 г. Джоном Мочли). Кроме того, необходимо
отметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то время
капитана (в дальнейшем единственная в ВМФ женщина-адмирал) Грейс Хоппер,
которая разработала первую программу-компилятор. Кстати, термин «компилятор»
впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г. Эта компилирующая программа производила
трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для
обработки алгебраической форме. Г. Хоппер принадлежит также авторство термина
«баг» в применении к компьютерам. Как-то через открытое окно в лабораторию
залетел жук (по-английски — bug), который, сев на контакты, замкнул их, чем
вызвал серьезную неисправность в работе машины. Обгоревший жук был подклеен в
административный журнал, где фиксировались различные неисправности. Так был задокументирован
первый баг в компьютерах.
Фирма IBM сделала первые шаги в области автоматизации
программирования, создав в 1953 г. для машины IBM 701 «Систему быстрого
кодирования». В СССР А. А. Ляпунов предложил один из первых языков
программирования. В 1957 г. группа под руководством Д. Бэкуса завершила
работу над ставшим впоследствии популярным первым языком программирования
высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на
ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.
В Великобритании в июле 1951 г. на конференции в
Манчестерском университете М. Уилкс представил доклад «Наилучший метод
конструирования автоматической машины», который стал пионерской работой по
основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектирования устройств
управления нашел широкое применение.
Свою идею микропрограммирования М. Уилкс реализовал в 1957
г. при создании машины EDSAC-2. М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом
в 1951 г. написали первый учебник по программированию «Составление программ
для электронных счетных машин».
В 1956 г. фирма Ferranti выпустила ЭВМ «Pegasus», в
которой впервые нашла воплощение концепция регистров общего назначения (РОН).
С появлением РОН было устранено различие между индексными регистрами и
аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько
регистров-аккумуляторов
|
