Лекции по Вычислительным машинам   

1. Историческая справка

1.1.3. Электрический период

К 30–м годам XX века стала очевидной связь между релейными схемами и алгеброй логики (булевой алгеброй), основы которой заложил английский математик и логик Джордж Буль (1815–1864 гг.) в работе 1847 г. «Математический анализ логики». Идеи своей алгебры он развил в вышедшей в свет в 1854 г. работе «Исследование законов мышления». Когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электрической базе, логические операции, введенные Дж. Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Нетрудно понять, как они пригодились для работы с двоичным кодом, который в вычислительных машинах представляется всего двумя сигналами: выключено и включено (ноль и единица). Начиная с 30–х гг. XX века появляются вычислительные машины, использующие логические схемы для электромагнитных реле и оперирующие перфокартами. Эти машины могли выполнять довольно сложные арифметические вычисления.

Первая удачная попытка построить универсальную цифровую машину была предпринята в 1937 г. в США математиком Говардом Айткеном. Эта машина получила название вычислительной машины с автоматическим управлением последовательностью операций и известна под именем «Марк–1». Над первым вариантом машины Г. Айткен работал до 1944 г., машина создавалась на базе фирмы IBM и имела программное управление, программа набиралась на коммутационных досках и переключателях. Машина была выполнена на релейных и механических элементах. Это еще не была машина с хранимой и гибко изменяющейся программой, однако она уже показала возможность построения автоматических вычислительных машин, состоящих из большого числа логических элементов. Арифметическое и запоминающее устройства были выполнены на электромеханических устройствах. Основным логическим элементом в схемах, как и в СПМ, были реле. Посравнению с СПМ машина «Марк–1» имела достаточно длинную последовательность программных кодов и хорошее для своего времени быстродействие. Но, как и всякое механическое устройство, машина не обладала тем быстродействием, которое позволило бы осуществить качественный скачок в технологии вычислений. Улучшенная конструкция на реле повышенной надежности легла в основу ЦВМ «Марк–2».

Наряду с работами Г. Айткена приблизительно в то же время велась работа других групп, в результате которой было создано еще несколько электромеханических релейных машин. Так, в 1939 г. была закончена и в 1940 г. демонстрировалась релейная машина американского математика Дж. Штибитца «Модель–Г», которая выполняла 4 арифметических действия над комплексными числами. Дальнейшая успешная разработка малых специализированных машин на тех же принципах привела к созданию в 1944–1946 гг. универсальной релейной вычислительной машины «Модель–V».

В 1937 г. американский физик Джон В. Атанасов формулирует принципы автоматической вычислительной машины на ламповых схемах для решения систем линейных уравнений. В 1939 г. он создал вместе со своим аспирантом Кл. Берри работающую настольную модель ЭВМ. Две малые ЭВМ, созданные ими в период 1937–1942 гг., были прототипами большой ЭВМ для решения систем линейных уравнений, которая была готова в декабре 1941 г. В машине Д. Атанасова были разделены блоки арифметического и оперативно–запоминающего устройств. Первое было выполнено на радиолампах, а второе — на вращающемся барабане с конденсаторами. Внешняя память была выполнена на типовом перфокарточном оборудовании. Работала машина в двоичной системе счисления. Переводы из десятичной системы в двоичную и обратно были решены схемно.

В конце 30–х гг. С.А. Лебедев (1902–1974 гг.) в Институте электротехники АН УССР приступил к конструированию ЭВМ, работающей в двоичной системе счисления. В 1941 г. работа была прервана.

В 1939 г. в США Дж. Стибниц закончил работу над релейной машиной фирмы «Белл», начатую в 1937 г. Машина выполняла арифметические операции над комплексными числами в двоично–пятеричной системе их представления. Это был релейный интерпретатор, управляемый программной перфолентой. В 1940 г. был проведен эксперимент по управлению на расстоянии вычислительной машиной «Белл–1». А в 1942 г. Дж. Стибниц сконструировал вычислительное устройство с программным управлением «Белл–2».

В 1940 г. в США под руководством Джона (Яноша) фон Неймана (1903–1957 гг.) разработан компьютер MANIAC (Mathematical Analyzer Numerical and Computer).

К первым универсальным ЦВМ с программным управлениям на электромеханических элементах относят также машины, разработанные в Германии К. Зюсом к 1941 г. — «Зюс–2» и «Зюс–3». Машина «Зюс–3» была релейной, для нее был разработан язык программирования, она использовалась при расчетах ракет.

Одной из наиболее совершенных релейных вычислительных машин была советская машина РВМ–1, сконструированная в начале 50–х гг. выдающимся инженером Н.И. Бессоновым (1906–1963 гг.) и построенная в 1956 г. Эта машина успешно работала до 1966 г.

Главными недостатками релейных машин являлось отсутствие хранимой программы, что обусловливалось небольшим объемом оперативной памяти, и невысокая скорость работы, вызванная низким быстродействием электромеханических релейных переключателей.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.