Файл: История развития средств вычислительной техники (Технология перфокарты).pdf

Введение

Вычислительное оборудование является важным компонентом процесса расчета и хранения данных, поскольку оно стало полезным для обработки и совместного использования числовых значений.

Актуальность темы обусловлена тем, что история человечества неразрывно связана с научно-техническим развитием. Накопление знаний, создание всевозможных механизмов, устройств и систем в качестве стимулирующей идеи использовало постоянное стремление облегчить тяжёлый физический и рутинный труд человека. Поэтому человечеством была создана электронно-вычислительная машина, позволяющая быстро выполнять требующиеся действия.

Устройства, помогающие вычислениям, изменились с простых записывающих и счетных устройств на счеты, логарифмическую линейку, аналоговые компьютеры и более современные электронные компьютеры.

Даже сегодня опытный пользователь счетов, использующий устройство столетней давности, иногда может выполнить основные вычисления быстрее, чем неквалифицированный человек, использующий электронный калькулятор, хотя для более сложных вычислений компьютеры превосходят даже самого квалифицированного человека.

Активное использованиевычислительной техники привело к расширению областей её применения и потребовало создания новых программных технологий. Устройства, сначала изобретённые человеком для учёта ресурсов и ценностей, а затем – быстрого и точного проведения сложных расчётов и вычислительных операций, постоянно развивались и совершенствовались.

Цель курсовой работы – изучить историю и проследить развитие средств вычислительной техники.

Задачи курсовой работы:

1. Рассмотреть историю вычислительной техники.

2. Изучить особенности развития вычислительной техники в эру цифровых машин.

3. Подвести итоги, сделать выводы.

Методы исследования: анализ специализированной литературы, систематизация, обобщение.

Структурно курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.

Глава I. История вычислительной техники

1.1 Первая вычислительная техника

История вычислительной техники охватывает развитие от ранних простых устройств, чтобы помочь вычислению до современных компьютеров. До XX века большинство вычислений было сделано людьми. Ранние механические инструменты, помогающие людям с цифровыми вычислениями, такие как счеты, назывались «вычислительными машинами», назывались собственными именами или назывались калькуляторами.

Устройства использовались, чтобы помочь вычислению в течение тысяч лет, главным образом используя взаимно однозначное соответствие с пальцами. Самое раннее счетное устройство было, вероятно, формой счетной палочки. Более поздние средства счета по плодородному полумесяцу включали камни (глиняные сферы, конусы и т.д.), которые представляли собой количество предметов, скота или зерна, запечатанных в полые необожженные глиняные контейнеры. Использование счетных стержней является одним из примеров. Счеты раньше использовались для арифметических задач. То, что люди называют римскими счетами, использовалось в Вавилонии еще в 2700-2300 гг. до н.э. С тех пор было изобретено много других форм счетных досок или таблиц. В средневековой европейской конторе на стол клали клетчатую скатерть и по определенным правилам передвигали на ней метки, чтобы подсчитать денежные суммы.

Несколько аналоговых компьютеров были построены в древние и средневековые времена для выполнения астрономических расчетов. К ним относится колесница, указывающая на юг (1050-771 до н. э.) из Древнего Китая, а астролябия и механизм Антикиферы из эллинистического мира (150-100 до н. э.). В Римском Египте Герон Александрийский (10-70 н.э.) изготовил механические устройства, включая автоматы и программируемую тележку.Другие ранние механические устройства, используемые для выполнения того или иного типа вычислений, включают планисферу и другие механические вычислительные устройства, изобретенные Абу Райханом Аль-Бируни.

Астрономические аналоговые компьютеры других средневековых мусульманских астрономов и инженеров; и астрономическая башня с часами Су Сун (1094) во время династии Сун. Часы замка, механические астрономические часы с гидроприводом, изобретенные Исмаилом Аль-Джазари в 1206 году, были первым программируемым аналоговым компьютером.

Рамон Лулл изобрел условную машину для вычисления ответов на философские вопросы (в данном случае, связанные с христианством) с помощью логической комбинаторики. Эта идея была подхвачена Лейбницем спустя столетия и, таким образом, является одним из основополагающих элементов в вычислительной и информационной науке.

Вильгельм Шиккард, немецкий политематик, в 1623 году разработал вычислительную машину, которая объединила механизированную форму стержней Нейпира с первой в мире механической добавочной машиной, встроенной в основание. Поскольку он использовал механизм с одним зубом, были обстоятельства, при которых его механизм переноса мог заклинить. Пожар уничтожил по крайней мере одну из машин в 1624 году, и считается, что Шиккард был слишком расстроен, чтобы построить другую». Его применил на практике его друг Иоганн Кеплер, который произвел революцию в астрономии.

В 1642 году, будучи еще подростком, французский математик Блез Паскаль начал некоторые новаторские работы по вычислительным машинам и после трех лет работы и 50 прототипов он изобрел механический калькулятор. Он построил двадцать таких машин (так называемый калькулятор Паскаля или Паскалин) в следующие десять лет. Продолжается дискуссия о том, следует ли считать Шикарда или Паскаля «изобретателем механического калькулятора», и круг вопросов, которые следует рассмотреть, обсуждается в другом месте.

Немецкий деятель Готфрид Вильгельм Лейбниц также описал двоичную систему счисления – центральный ингредиент всех современных компьютеров. Однако до 1940-х годов многие последующие проекты (включая машины Чарльза Бэббиджа 1800-х годов и даже ЭНИАК 1945 года) были основаны на более сложной для реализации десятичной системе.

Шотландский математик Джон Нейпир отметить, что умножение и деление чисел может быть выполнено сложением и вычитанием, соответственно, логарифмов этих чисел. Поскольку эти действительные числа могут быть представлены в виде расстояний или интервалов на линии, логарифмическая линейка позволила выполнять операции умножения и деления значительно быстрее, чем это было возможно ранее. Логарифмические линейки использовались поколениями инженеров и других математически склонных профессиональных работников до изобретения карманного калькулятора. Инженеры в программе «Аполлон», чтобы отправить человека на Луну, сделали многие свои расчеты на логарифмических линейках, которые были точны до 3 или 4 значимых цифр.

При создании первых логарифмических таблиц Нейпиру нужно было выполнить много умножений, и именно в этот момент он разработал кости Нейпира^[1].

1.2 Технология перфокарты

Уже в 1725 Базиль Бушон использовал перфорированную бумажную петлю в ткацком станке, чтобы установить образец, который будет воспроизведен на ткани, и в 1726 его коллега Жан-Батист Фалькон улучшил его дизайн, используя перфорированные бумажные карты, прикрепленные друг к другу, что облегчило изменение программы быстро. Ткацкий станок Бушон-Фалькон был полуавтоматическим и требовал ручной подачи программы.

В 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором плетение узора контролировалось перфокартами. Серия карт может быть изменена без изменения механической конструкции ткацкого станка. Это был знаковый момент в программировании.

В 1833 году Чарльз Бэббидж перешел от разработки своей разностной машины к более совершенной конструкции – аналитической машины, которая для программирования будет опираться непосредственно на перфокарты Жаккара.

В 1890 году Бюро переписи населения Соединенных Штатов использовало перфокарты и сортировочные машины, разработанные Германом Холлеритом, для обработки потока данных десятилетней переписи, предусмотренной Конституцией. Компания Холлерита в конечном счете стала ядром IBM (InternationalBusinessMachines). IBM разработала технологию перфокарт как мощный инструмент для обработки бизнес-данных и выпустила обширную линейку специализированного оборудования для записи. К 1950 году карта компания IBM стала вездесущей в промышленности и правительстве. Девизом послевоенной эпохи стало предупреждение, напечатанное на большинстве карточек, предназначенных для обращения в качестве документов (чеков, например): «Не складывайте, не вертите и не калечите».

Статьи английского астронома Лесли Комри о методах перфокарты и публикации Дж.Эккерта о научных вычислениях в 1940 году, содержат описанные методы, которые были достаточно продвинутыми, чтобы решить дифференциальные уравнения, выполнять умножение и деление с использованием чисел с плавающей запятой, все на перфокартах и единичных машин записи.

Во многих компьютерных установках перфокарты использовались до (и после) конца 1970-х. Например, студенты-программисты многих университетов по всему миру представляли свои задания по программированию в локальный компьютерный центр в виде стопки карточек, по одной карточке на строку программы, а затем должны были ждать, пока программа будет поставлена в очередь для обработки, компиляции и выполнения. В надлежащее время распечатка любых результатов, помеченная удостоверением заявителя, будет помещена в выходной лоток за пределами компьютерного центра. Во многих случаях эти результаты включали бы в себя исключительно распечатку сообщения об ошибке, связанные с синтаксисом программы и т.д., требуя другого цикла редактирования-компиляции-выполнения.

Перфокарты все еще используются и производятся в текущем веке, и их отличительные размеры (и емкость 80 столбцов) по-прежнему могут быть признаны в формах, записях и программах по всему миру^[2].

1.3 1835–1900-е: первые программируемые машины

Определяющая особенность «универсального компьютера»– это программируемость, что позволяет компьютеру эмулировать любую другую вычислительную машину, изменяя сохраненной последовательности инструкций.

Чарльз Бэббидж, английский инженер-механик и эрудит, создал концепцию программируемого компьютера. Он считается «отцом компьютера», который осмыслял и изобрел первый механический компьютер в начале XIX века. После работы над своей революционной разностной машиной, разработанной для помощи в навигационных расчетах, в 1833 году он понял, что гораздо более общая конструкция аналитической машины была возможна. Ввод программ и данных должен был быть обеспечен машине через перфокарты – метод, используемый в то время, чтобы направить механические ткацкие станки, такие как жаккардовый ткацкий станок. Для вывода, машина будет иметь принтер, график кривой и колокол. Машина также сможет пробивать цифры на картах, которые будут прочитаны позже. Он использовал обычную арифметику с фиксированной запятой.

С Бэббиджем было трудно работать, и он спорил со всеми, кто не уважал его идеи. Все детали для его машины должны были быть сделаны вручную. Небольшие ошибки в каждом элементе иногда могут привести к большим расхождениям в машине с тысячами деталей, которые требовали, чтобы эти детали были намного лучше, чем обычные допуски, необходимые в то время. Проект растворился в спорах с ремесленником, который построил части и был закончен истощением государственного финансирования.

Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона, перевела и добавила примечания к «эскизу аналитической машины» Луиджи Федерико Менабреа. Она стала тесно связана с Бэббиджем. Некоторые утверждают, что она является первым в мире программистом, однако это утверждение и значение ее другие вклады оспаривается многими.

Реконструкция Разностного двигателя II, более ранней и более ограниченной конструкции, работает с 1991 года в лондонском Музее науки. С несколькими тривиальными изменениями он работает так, как его спроектировал Бэббидж, и показывает, что Бэббидж был прав в теории.

Музей использовал управляемые компьютером станки, чтобы построить необходимые части, следуя допускам, которые машинист периода был бы в состоянии достигнуть. Некоторые считают, что технология того времени была неспособна произвести части достаточной точности, хотя это кажется ложным. Неспособность Бэббиджа завершить работу над двигателем может быть в основном связана с трудностями, связанными не только с политикой и финансированием, но и с его желанием разработать все более сложный компьютер. Сегодня многие в компьютерной сфере называют этот вид одержимости «ползучим перфекционизмом».