Вычислительные машины

Вычислительные машины, являются неотъемлемой частью современной жизни. В повседневной жизни человек ежесекундно сталкивается с разного рода вычислениями или результатом таковых.

В процессе своего развития вычислительная техника прошла долгий путь эволюции от простейших палочек для вычисления до машин, способных выполнить любое математическое действие в тысячные доли секунды.

Самым простым примером продвинутой вычислительной машины, является компьютер, который постоянно принимает, обрабатывает и передает данные. Весь текст и картинки, которые видны на экране для компьютера, выглядят как бинарный код из «1» и «0».

В зависимости от порядка расположения «1» и «0» вычислительная машина выводит на экран тот или иной символ.

История развития вычислительных машин

История развития вычислительных машин начала еще в древние времена, когда для выполнения простейших вычислительных операций, человек использовал средства для визуализации счета.

Первыми известными приспособлениями для вычисления являются счетные палочки. Далее, в процессе эволюции счетные палочки изменили свой внешний вид. Например, во многих религиях для отсчета количества прочитанных молитв стали применять четки.

Не так давно, на одном из античных судов было найдено устройство, которое могло выполнять простые математические операции. Главной особенностью этой находки, являлось назначение устройства: механизм был создан для вычисления лунных фаз и, скорее всего, использовались как календарь.

Ученые пришли к выводу, что технология производства такой машины была утеряна, и более человеку не удавалось создать подобного аппарата вплоть до эпохи процветания.

Греческие купцы, имели при себе специальные таблички, на которых была изображена своеобразная система подсчета, отдаленно напоминающую современную таблицу умножения.

Для определения качественных характеристик таких, как килограммы, для подсчета использовались простые весы. Процесс вычислений заключался в следующем: прибор оценивал вес изделия, переводя его в числовое значение.

Процесс эволюции систем для счета происходил в следующей хронологии:

• палочки непера;


• логарифмические таблицы и линейки;


• номограммы;


• перфокарты;


• механические вычислительные машины;


• программные машины.

Разработка вычислительных машин не стоит на месте. Ученые говорят о скором появлении оптического или фотонного вычислителя, который сможет работать в 1000 раз быстрее, чем обыкновенный компьютер.

Первые механические вычислительные машины

Главное отличие механической вычислительной техники от современной заключается в использовании при вычислениях механической силы. В механических приборах алгоритмы запускались при помощи шестерней и рычагов, и требовали ручного ввода информации.

Долгий путь эволюции такой вычислительной техники отмечен созданием двух наиболее продвинутых аппаратов Паскаля и Бэббиджа. Эти механические вычислительные машины разработаны в разные времена и использовали прогрессивные методы подсчета чисел.

Вычислительная машина Бэббиджа

Машина Бэббиджа – это универсальный вычислительный прибор, который так и не был создан. До нашего времени дошли чертежи этой машины, на основе которой современные ученые собрали прототип машины и доказали, что разработка была удачной.

Английский математик Чарльз Бэббидж при создании своей машины опирался на труды предшественников 18 века. Основополагающими трактатами для разработки проекта стала работа немецкого ученого Иоганна Мюллера. Книга о механических вычислениях, изданная в 1788 году и труды Гаспара де Порни по созданию иерархической структуры для организации массовых вычислений.

Разностная машина, которая впервые была описана Бэббиджем в 1822 году в своей книге, могла считать значения многочленов до шестой степени. В том же 1822 году, ученый приступил к созданию своего аппарата, сразу по старту проекта, который спонсировало правительство, начались трудности.

Механические вычисления, требовали высочайшей точности в производстве деталей. Небольшие отклонения в расчетах могло привести к высокой погрешности в результате.

Подрядчик, который взялся изготавливать оборудование и запчасти для вычислительной машины, не смог выполнить детали с необходимой точностью. Поэтому машина так и не была собрана, а финансирование проекта в скором времени прекратилось. По оставшимся документам, вычислительный механизм собрали уже в конце 20 века.

Вычислительная машина Паскаля

Ученый Блэз Паскаль вырос в семье французского сборщика налогов. Главной мотивацией для создания суммирующей машины, стало стремление облегчить процесс подсчета налогов. В 1642 году Паскаль занялся разработкой методов и алгоритмов работы будущего устройства.

Счетная машина, которую ученый назвал «Паскалита», представляла собой ящик с наборными колесами. Путем вращения колес вводилось необходимое число, а в верхней части в специальных «окошках», пользователь мог увидеть сумму введенных чисел.

Первоначально, машина могла считать в пределах четырехзначных чисел. В процессе усовершенствования, машина снабдили 8 оконцами, что позволило вести вычисления для более крупных чисел и сложных выражений.

Несмотря на успех, который принесла Паскалю его суммирующая машина, больших объемов продаж добиться не удалось. Это было связано с высокой стоимостью запчастей и сложностями производства.

Хотя именно принцип передачи информации в машине, путем движения связанных между собой колес, более трех веков использовался в производстве и разработке счетных машин по всему миру. Машина Паскаля, была одной из первых реально работающих образцов механической вычислительной техники.

Классификация вычислительных машин

Все вычислительные машины можно разделить на три одинаковые группы, различия которых заключается в методах исчисления данных и способах обработки.

• ЦВМ – цифровая вычислительная машина, принцип действия которой направлен на работу с потоком данных, вводимых в виде цифр и чисел, такие машины являются простейшим видом вычислительной техники.


• АВМ – аналоговые вычислительные машины, принцип действия которых заключается в работе с данными выраженными в единицах величины (кг, Вт, ед.) Самым ярким примером такой вычислительной машины – является электрический счетчик.


• ГВМ – гибридные вычислительные машины, принцип действия которых основан на объединении вычислений нескольких разных величин, может выполнять действия между числами и единицами, по сути, объединяя в себе работу ЦВМ и АВМ.

Вычислительные комплексы, системы и сети

К вычислительным комплексам, системам и сетям, относится группа вычислительной техники, которая работает в одном направлении и обеспечивает расчет необходимых величин по данным из нескольких источников. Самым обычным примером вычислительной сети – является компьютерная сеть. Как правило, такие группы оборудования применяются в промышленности, для достижения оптимизации вычислений.

Механические вычислительные машины

В современном виде вычислительные механические машины – это довольно сложное и точное оборудование. Самой распространенной формой механических вычислительных машин являются разнообразные счетчики.

К примеру, в каждом автомобиле, есть прибор указывающий путь пройденный техникой и ее скорость. Движение выражено сразу в двух единицах: километрах в час и просто в километрах. В данном случае, задача вычислительной машины - конвертирование механического действия в определенные величины.

Цифровые вычислительные машины

В цифровых вычислительных машинах, алгоритм расчетов производится, благодаря поступлению определенных дискретных значений, которые в свою очередь после подсчета выводятся на экран в виде цифрового значения.

Большинство ЦВМ используют импульсы или специальный, общепринятый двоичный код. Это сделано, для того чтобы вычислительные комплексы и системы, могли обмениваться между собой информацией «понятной» для всех машин.

Аналоговые вычислительные машины

Главным отличием аналоговой машины от цифровой или механической является беспрерывность действий по обработке данных. При этом вычисления могут вести за собой какое-то механическое, гидравлическое или электронное действие.

Самым ярким примером, является автоматическая коробка передач у автомобиля, которая постоянно получает данные о режимах работы двигателя и соответственно произведенным расчетам переключает скорости.

Электромеханические вычислительные машины

История первых электромеханических машин, начинается вместе с созданием нового электронного элемента – реле. Ведущие разработчики, сразу оценили возможность переделывать механическое движение в определенный электрический код при помощи реле.

Сразу несколько групп инженеров начали заниматься такими машинами в тридцатых годах двадцатого века. В это время развитие электроники пошло быстрее и разработку электромеханических счетных машин быстро закрыли. За неполные 7 лет разработок, на основе релейного действия, было создано две машины – «Марк 1» и «Марк 2».

На современном производстве применение электромеханических машин сведено к минимуму из-за появления более продвинутого оборудования.

Релейные вычислительные машины

После того как электрические реле стали набирать популярность, было создано несколько машин, которые при помощи механической силы могли вести определенные вычисления. Через некоторое время механическую силу полностью заменили силой тока, которая и питала релейную установку.

Первая удачная и надежная машина – РВМ-1 (Релейно вычислительная машина) была создана в 1957 году. Устройство использовало в работе одновременно 550 реле. Скорость подсчета такой машины была 0,5 секунд на выполнение одной операции, при этом устройство могло работать постоянно – без остановок.

РВМ-1 применялась на протяжении 10 лет в финансовой системе. Последний раз на территории нашей страны ее запускали для пересчета финансовой системы СССР в 1967 году. Именно тогда была зафиксирована самая большая нагрузка, и за одну секунду машина смогла выполнить до 20 операций умножения крупных чисел.

Простые вычислительные машины

Примером простых вычислительных машин является самый простой калькулятор. Первые машины этого вида начали выпускаться во второй половине 20-го века. Простая вычислительная машина нуждается в помощи оператора, задачей которого является ввод цифр. Пик развития таких машин пришелся на восьмидесятые года 20 века, а их вид практически не изменился.

Простые вычислительные машины, рассчитаны на обработку таких действий, как:

• сложение;
• вычитание;
• умножение;
• деление.

Упоминание единичных простых машин, можно встретить и в более раннем периоде. Но тогда большой популярностью простые вычислительные машины не пользовались из-за высоких требований к знаниям оператора машины и большой себестоимостью.

Производители и поставщики вычислительных машин

Современные вычислительные машины, в 90% случаев являются персональными компьютерами, на которых установлены специальные программы, позволяющие выполнять необходимые вычисления мгновенно.

Среди представителей этой индустрии можно отметить компании: «НИКС», DNS, Meijin, «МЦСТ», «Т-Платформы» и другие.

Мировыми лидерами являются компании Intel и Kingston. Серверное оборудование является большой вычислительной машиной, которая постоянно обрабатывает и передает данные.

Крупным производителем серверов является компания Dell. На продукции этой компании в мире работает около 23% серверов различного профиля и назначения.

Поставками вычислительной техники занимаются крупные торговые сети, специализирующиеся на компьютерном обеспечении. Заказ партии вычислительных машин можно сделать по интернету или в самом магазине. Некоторые из этих компаний имеют собственные производства по сборке оборудования. Среди поставщиков можно выделить сеть магазинов «Кей», «Ситилинк», «Юлмарт».

Больше о производителях и поставщиках вычислительных машин можно узнать на ежегодной выставке «Связь».

Концентраторы
Тенденции развития ИТ
Выставка роботов в Москве