Информатика в XIX и в начале XX веков. Механические и электромеханические устройства и машины

 

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ  НЕГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ

Факультет Информационных систем и технологий

Кафедра Прикладной информатики

Контрольная работа

По дисциплине «Информационные технологии в социальной работе»

На тему:

«Информатика в XIX и в начале XX веков. Механические и электромеханические устройства и машины»

 

 

 

 

 

 

 

 Студентки 4 курса,  группы   1233\4-2 

Факультета социального  управления

Заочного  отделения

Ершова Н.М.

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт – Петербург

2011г.

Оглавление

Введение		3
1. Общая характеристика  механической и электромеханической Эпохи развития ЭВМ		5
2. Вычислительные машины  и устройства XIX века		6
2.1 Станок Жаккарда		6
2.2 Изобретения Чарльза  Бэббиджа		6
2.3 Табулятор Холлерита		9
3. Вычислительные машины  и устройства начала XX века		12
3.1 Арифмометр Чебышева		12
3.2 Гидравлический интегратор  Лукьянова		13
4. Поколение ЭВМ		15
Вывод		21
Список литературы		22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

            XX век характеризуется необходимостью обрабатывать огромное количество информации. Для сбора, хранения, использования и распространения большого объема информации необходимо специальное устройство. Таким устройством является персональный компьютер (ПК). В настоящее время ПК представлены практически во всех областях жизни человека. Электронные вычислительные средства завоевали прочные позиции в жизненно важных сферах деятельности человека- в науке, технике, экономике и промышленности. Область применения средств обработки информации постоянно расширяется. Возможности вычислительной индустрии в существенной мере определяют научно-технический прогресс. Потребности общества в решении все более сложных задач постоянно растут, и они, в свою очередь, стимулируют развитие вычислительных средств. Современная индустрия информатики располагает арсеналом средств от персональных электронных вычислительных машин (ЭВМ) до высокопроизводительных вычислительных систем (ВС).                

            Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводил даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владевшие техникой арифметического счета. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так, в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак. Абак называют также римскими счетами. Эти счеты представляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями - полосами. В углублениях находились костяшки, и счет осуществлялся передвижением костяшек.

                Могла ли ЭВМ быть построена  в эти века? Конечно, нет! Для создания любого устройства требуется наличие определенной элементной базы (радиолампы и транзисторы). Все это было изобретено значительно позже.

                 Всякое устройство, в том числе  вычислительное, существует не само  по себе, а в определенном окружении,  технологическом контексте, на  фоне общего уровня техники  своего времени.

                  В истории вычислительной техники  можно выделить четыре эпохи: 

1. домеханическая эпоха - с древнейших времен до середины XVII века;

2. механическая эпоха  - XVII - Х1Хвека;

3. электромеханическая эпоха  - 30-е годы XIX века - середина XX века;

4. электронная эпоха - XX век по наши дни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика механической и электромеханической эпох развития ЭВМ

                Механическая эпоха (XVII и XVIII века) - время расцвета точных механических  устройств. Часы, механические игрушки,  приборы тех лет до сих пор  поражают воображение. Именно  в это золотое для механики  время были созданы первые  конструкции вычислительных машин  - суммирующая машина Паскаля  и арифмометр Лейбница. Вершина  механической эпохи - аналитическая  машина Бэббиджа, по смелости  инженерных решений на столетие  опередившая свое время. Однако, несмотря на все свое совершенство, машина Бэббиджа проектировалась  как чисто механическая, приводимая  в движение небольшим паровым  двигателем.

               Только в первой трети XIX века  были построены электрические  машины, и наступил век электричества  - электромеханическая эпоха. Наряду  с техникой сильных токов, пришедшей  на замену паровым машинам,  стала развиваться слаботочная  техника. В 1831 г. Д. Генри  в США и в Италии изобрели  электромагнитное реле. Сначала  электромеханические элементы были  очень ненадежными и неподходящими  для построения сложных приборов. Но в конце XIX века появилась  техническая возможность превратить  чисто механические вычислительные  устройства в электромеханические,  в которых передача сигналов  осуществлялась не рейками и  шестеренками, а импульсами тока. Начало электромеханической эпохи  отмечено изобретением табулятора  Холлерита, а конец - релейными  вычислительными машинами типа MARK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Вычислительные  машины и устройства XIX века.

2.1. Станок Жаккарда

          С точки зрения вычислительной  техники XVIII век был беден крупными  событиями, но вот наступил  век XIX. Великая французская революция,  европейские войны, звездный час  наполеоновской империи...

На фоне этих политических событий было сделано одно эпохальное техническое изобретение: в 1904 году французский механик Жан-Мари Жаккар (1752 - 1834) построил ткацкий станок, который автоматически, без участия человека, ткал узорное полотно (название сохранилось до сих пор - жаккардовое полотно). Станок управлялся программным механизмом на перфокартах, нить поднималась и опускалась в соответствии с наличием или отсутствием отверстий - так создавался желаемый рисунок ткани. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Станок Жаккарда вызвал настоящую революцию в ткацком производстве, а положенные в его основу принципы используются и в наши дни. Однако самую важную роль перфокартам суждено было сыграть в программировании компьютеров.

2.2. Изобретения Чарльза Бэббиджа

             Из всех изобретателей прошлых столетий, внесших тот или иной вклад в развитие вычислительной техники, ближе всего к созданию компьютера в современном его понимании подошел англичанин Чарлз Бэббидж. Родившийся в 1791 г. в графстве Девоншир в богатой семье, Бэббидж прославился как остротой ума, так и своими чудачествами. В течение 13 лет этот эксцентричный гений заведовал кафедрой математики Кембриджского университета (в свое время этот пост занимал Ньютон), но не прожил при университете ни дня и не прочел там ни одной лекции. Бэббидж был одним из основателей Королевского астрономического общества, автором всевозможных сочинений на самые различные темы - от политики до технологии производства. Он принимал участие в создании различных приборов, в частности тахометра, и приспособлений, например предохранительной решетки для железнодорожного локомотива, которая позволяла отбрасывать с путей случайно попавшие туда предметы. Бэббидж занимался и такими серьезными проблемами, как расчеты смертности населения и реформа почтовой службы, не гнушаясь и более пустяковыми делами. Долгие годы он безуспешно воевал с уличными шарманщиками, игра которых выводила его из себя. Когда Бэббидж умер, лондонская газета «Таймс» писала о нем как о человеке, дожившем почти до 80 лет, «несмотря на преследования со стороны шарманщиков».

        Однако главной страстью Бэббиджа была борьба за безукоризненную математическую точность. Он буквально объявил «крестовый поход» против ошибок в таблицах логарифмов, которыми широко пользовались при вычислениях астрономы, математики и штурманы дальнего плавания. Ничто не ускользало от его внимательного взгляда. Однажды он послал письмо поэту А. Теннисону, в котором резко критиковал его строки «Каждый миг какой-то человек умирает, каждый миг рождается другой». Поскольку численность населения Земли не остается постоянной, отмечал Бэббидж, эти строки следовало бы привести в соответствие с истиной следующим образом: «Каждый миг один человек умирает, каждый миг рождается один и одна шестнадцатая другого».

           Наивысшим достижением Чарлза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современного компьютера, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в безуспешных попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах.

Познакомимся с его  изобретениями такими как:

1. Разностная машина.

           В 1822 г. Бэббидж опубликовал научную статью с описанием машины, способной рассчитывать и печатать большие математические таблицы. В том же году он построил пробную модель своей Разностной машины, состоящую из шестеренок и валиков, вращаемых вручную при помощи специального рычага. Затем, заручившись поддержкой Королевского общества - самой престижной научной организации Великобритании, - он обратился к правительству с просьбой финансировать создание полномасштабной работающей машины. Эта машина, писал он президенту Королевского общества, возьмет на себя «невыносимо утомительную работу», неизбежную при многократно повторяющихся математических расчетах, которые «представляют собой самое низкое занятие, не достойное человеческого интеллекта». Королевское общество сочло его работу «в высшей степени достойной общественной поддержки», и уже через год британское правительство представило Бэббиджу для реализации его проекта субсидию.

            На протяжении следующего десятилетия Бэббидж без устали работал над своим изобретением. Первоначально он рассчитывал завершить ее за три года, но Разностная машина становилась все сложнее по мере того, как он ее модифицировал, совершенствовал и конструировал заново. Бэббиджа все время преследовали болезни, нескончаемая работа и финансовые проблемы. Хотя сумма правительственных субсидий в итоге выросла, росли и сомнения официальных лиц в нецелесообразности затрат и пользе самого проекта. В результате, финансирование было приостановлено, но лишь через несколько лет правительство официально уведомило Бэббиджа, что выделение средств на его машину прекращается.

2. Аналитическая машина

          1833 г. Бэббидж уже был готов отказаться от своих планов, связанных с Разностной машиной. Это и не удивительно, если принять во внимание сложности его жизни. Однако, продолжая размышлять на ту же тему, он пришел к идее создания еще более мощной машины. Аналитическая машина Бэббиджа в отличие от своей предшественницы должна была не просто решать математические задачи одного определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. По замыслу это была «машина самого универсального характера» - в действительности это не что иное, как первый универсальный программируемый компьютер.

             Аналитическая машина должна была иметь такие компоненты, как «мельница» и «склад» (по современной терминологии - арифметическое устройство и память), состоящие из механических рычажков и шестеренок. Память машины вмещала до 100 сорока разрядных чисел. Эти числа должны были храниться в памяти, пока до них не дойдет очередь в арифметическом устройстве. Результат операции либо отправлялись в память, чтобы также ждать своей очереди, либо распечатывались. Инструкции, команды, вводились в Аналитическую машину с помощью перфокарт. «Можно с полным основанием сказать, Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок Жаккарда воспроизводит цветы и листья», - писала графиня Лавлейс, одна из немногих, кто понимал, как работает машина и каковы потенциальные области ее применения.

              Говоря об Аналитической машине, Бэббидж отмечал, что графиня «по-видимому, понимает ее лучше меня, а уж объясняет ее устройство во много-много раз лучше». Она прекрасно поняла революционную сущность машины - то, что это действительно был «математический станок Жаккарда», изначально как бы бессмысленный, но способный выполнить любую программу, переведенную на язык перфокарт.

           Графиня Лавлейс помогла Бэббиджу прояснять его собственные идеи, воодушевляла его, глубоко интересуясь его работой и заражая своим энтузиазмом. Но даже ее литературного дара и обаяния оказалось недостаточно, чтобы решить главную проблему на пути создания Аналитической машины. Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем. Малейшая нестабильность какой-нибудь крошечной детали приводила бы к стократно усиленным нарушениям в других частях, и тогда вся машина пришла бы в бешенство.

          Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.

            По иронии судьбы Разностной машине повезло больше. Хотя сам Бэббидж больше не возвращался к ней, шведский издатель, изобретатель и переводчик Пер Георг Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценными советами Бэббиджа. Несомненно, это было для Бэббиджа и радостное, и горькое событие, когда он, наконец, увидел, как его (теперь уже общее) детище успешно прошло испытания - это случилось в 1854 г. в Лондоне. А годом позже Разностная машина Шойца была удостоена золотой медали на