|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
Mesin pengiraan. Sejarah ciptaan dan pengeluaran
Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita Mekanisasi dan automasi operasi pengkomputeran adalah salah satu pencapaian teknikal asas bagi ketiga kedua abad ke-XNUMX. Sama seperti kemunculan mesin berputar pertama menandakan permulaan revolusi perindustrian yang hebat pada abad ke-XNUMX-XNUMX, penciptaan komputer elektronik menjadi petanda revolusi sains, teknikal dan maklumat yang hebat pada separuh kedua abad ke-XNUMX. . Peristiwa penting ini didahului oleh kisah latar belakang yang panjang. Percubaan pertama untuk memasang mesin pengira telah dibuat pada abad ke-XNUMX, dan peranti pengkomputeran yang paling mudah, seperti abakus dan pengiraan, muncul lebih awal - pada zaman dahulu dan Zaman Pertengahan.
Walaupun peranti pengkomputeran automatik adalah sejenis mesin, ia tidak boleh diletakkan setanding dengan mesin industri, katakan, mesin pelarik atau mesin tenun, kerana tidak seperti mereka, ia tidak beroperasi dengan bahan fizikal (benang atau kosong kayu), tetapi dengan ideal yang tiada di dunia.alam dengan nombor. Oleh itu, pencipta mana-mana komputer (sama ada mesin tambahan yang paling mudah atau superkomputer terkini) menghadapi masalah khusus yang tidak timbul untuk pencipta dalam bidang teknologi lain. Ia boleh dirumuskan seperti berikut: 1. Bagaimana secara fizikal (secara objektif) mewakili nombor dalam mesin? 2. Bagaimana untuk memasukkan data berangka awal? 3. Bagaimana untuk mensimulasikan pelaksanaan operasi aritmetik? 4. Bagaimana untuk mempersembahkan data input dan hasil pengiraan kepada komputer? Salah seorang yang pertama mengatasi masalah ini ialah saintis dan pemikir Perancis terkenal Blaise Pascal. Dia berumur 18 tahun ketika dia mula bekerja untuk mencipta mesin khas dengan bantuan yang mana seseorang, walaupun tidak biasa dengan peraturan aritmetik, boleh melakukan empat operasi asas. Kakak Pascal, yang menyaksikan kerjanya, menulis kemudian: "Kerja ini meletihkan abangnya, tetapi bukan kerana tekanan aktiviti mental dan bukan kerana mekanisme, ciptaan yang tidak menyebabkan dia banyak berusaha, tetapi kerana pekerja itu. sukar untuk memahaminya." Dan ini tidak menghairankan. Mekanik ketepatan baru sahaja dilahirkan, dan kualiti yang diminta oleh Pascal melebihi keupayaan tuannya. Oleh itu, pencipta itu sendiri sering terpaksa mengambil fail dan tukul atau memerah otaknya tentang cara mengubah reka bentuk yang menarik tetapi kompleks sesuai dengan kemahiran tuannya.
Model kerja pertama mesin itu telah siap pada tahun 1642. Pascal tidak berpuas hati dengannya, dan dia segera mula mereka bentuk yang baru. "Saya tidak menyimpan," dia kemudian menulis tentang keretanya, "sama ada masa, mahupun tenaga kerja, mahupun wang untuk membawanya ke keadaan yang berguna... Saya mempunyai kesabaran untuk membuat sehingga 50 model yang berbeza..." Akhirnya, pada tahun 1645, usaha dia dinobatkan dengan kejayaan sepenuhnya - Pascal memasang mesin yang memuaskannya dalam segala hal. Apakah komputer pertama dalam sejarah ini dan bagaimanakah masalah yang disenaraikan di atas diselesaikan? Mekanisme mesin itu dimasukkan ke dalam kotak tembaga ringan. Pada penutup atasnya terdapat 8 lubang bulat, di sekeliling setiap satunya terdapat skala bulat. Skala lubang paling kanan dibahagikan kepada 12 bahagian yang sama, skala lubang di sebelahnya dibahagikan kepada 20 bahagian, baki enam lubang mempunyai pembahagian perpuluhan. Pengijazahan ini sepadan dengan pembahagian livre, unit kewangan utama Perancis pada masa itu: 1 sou = 1/20 livre dan 1 denier = 1/12 sou. Di dalam lubang, roda pelarasan bergilir kelihatan, terletak di bawah satah penutup atas. Bilangan gigi setiap roda adalah sama dengan bilangan pembahagian skala lubang yang sepadan.
Nombor telah dimasukkan seperti berikut. Setiap roda berputar secara berasingan antara satu sama lain pada paksinya sendiri. Putaran dilakukan menggunakan pin pemacu, yang dimasukkan di antara dua gigi bersebelahan. Pin itu memutarkan roda sehingga ia mencecah hentian tetap yang ditetapkan di bahagian bawah penutup dan menonjol ke dalam lubang di sebelah kiri nombor "1" pada dail. Jika, sebagai contoh, pin diletakkan di antara gigi 3 dan 4 dan roda diputar sepanjang jalan, maka ia akan berputar 3/10 daripada bulatan penuhnya. Putaran setiap roda dihantar melalui mekanisme dalaman ke dram silinder, yang paksinya terletak secara mendatar. Barisan nombor dicetak pada permukaan sisi gulungan. Penambahan nombor, jika jumlahnya tidak melebihi 9, adalah sangat mudah dan sepadan dengan penambahan sudut yang berkadar dengannya. Apabila menambah nombor besar, operasi perlu dilakukan, yang dipanggil memindahkan sepuluh kepada digit paling ketara. Orang yang mengira dalam lajur atau pada abakus mesti melakukannya dalam fikiran mereka. Mesin Pascal menjalankan terjemahan secara automatik, dan ini adalah ciri pembezaan yang paling penting. Unsur-unsur mesin yang tergolong dalam kategori yang sama ialah roda tetapan N, dram digital I dan kaunter, yang terdiri daripada empat roda mahkota B, satu gear K dan mekanisme gear puluhan.
Ambil perhatian bahawa roda B1, B2 dan K tidak mempunyai kepentingan asas untuk pengendalian mesin dan hanya digunakan untuk menghantar pergerakan roda tetapan N ke dram digital I. Tetapi roda B3 dan B4 adalah elemen penting pembilang dan oleh itu dipanggil "roda pengiraan". Roda pengiraan dua kategori A1 dan A2 yang bersebelahan dipasang dengan tegar pada gandar. Mekanisme penghantaran tens, yang dipanggil Pascal sebagai "sling," mempunyai peranti berikut. Pada roda pengira B1 Jr. dalam mesin kategori Pascal terdapat rod C1, yang, apabila paksi A1 berputar, disambungkan dengan gigi garpu M yang terletak di hujung tuas dua lutut D1. Tuas ini berputar bebas pada paksi A2 kategori tertinggi, manakala garpu membawa pawl bermuatan spring. Apabila, semasa putaran paksi A1, roda B1 mencapai kedudukan yang sepadan dengan nombor 6, batang C1 terlibat dengan gigi garpu, dan pada masa ia melepasi 9 hingga 0, garpu tergelincir daripada penglibatan dan jatuh di bawah pengaruh beratnya sendiri, mengheret dengan anjing. Yang terakhir menolak roda pengiraan tertib tinggi B2 satu langkah ke hadapan (iaitu, memutarnya bersama-sama dengan paksi A2 sebanyak 36 darjah). Tuas H, berakhir dengan gigi berbentuk kapak, memainkan peranan sebagai halangan yang menghalang roda B1 daripada berputar ke arah bertentangan apabila mengangkat garpu. Mekanisme pemindahan beroperasi hanya dalam satu arah putaran roda pengiraan dan tidak membenarkan operasi penolakan dilakukan dengan memutarkan roda ke arah yang bertentangan. Jadi Pascal menggantikan penolakan dengan penambahan dengan pelengkap perpuluhan. Biarkan, sebagai contoh, adalah perlu untuk menolak 532 daripada 87. Kaedah penambahan membawa kepada tindakan berikut: 532-87=532-(100-13)=(532+13)-100=445. Anda hanya perlu ingat untuk menolak 100. Pada mesin yang mempunyai bilangan digit tertentu, bagaimanapun, anda tidak perlu risau tentang perkara ini. Sesungguhnya, biarkan penolakan 532-87 dilakukan pada mesin enam bit. Kemudian 000532+999913=1000445. Tetapi unit pertama akan hilang dengan sendirinya, kerana pemindahan dari angka keenam tidak ada tempat untuk pergi. Pendaraban juga dikurangkan kepada penambahan. Jadi, sebagai contoh, jika anda ingin mendarab 365 dengan 132, anda perlu melakukan operasi tambah lima kali: 365 Tetapi oleh kerana dalam mesin Pascal addend diperkenalkan semula setiap kali, adalah amat sukar untuk menggunakannya untuk melaksanakan operasi aritmetik ini. Peringkat seterusnya dalam pembangunan teknologi komputer dikaitkan dengan nama ahli matematik Jerman terkenal Leibniz. Pada tahun 1672, Leibniz melawat ahli fizik dan pencipta Belanda Huygens dan menyaksikan berapa banyak masa dan usaha yang diambilnya daripada pelbagai pengiraan matematik. Kemudian Leibniz mempunyai idea untuk mencipta mesin tambahan. "Adalah tidak layak untuk orang yang hebat seperti hamba, untuk membuang masa pada kerja pengkomputeran yang boleh diamanahkan kepada sesiapa sahaja yang menggunakan mesin." Walau bagaimanapun, penciptaan mesin sedemikian memerlukan semua kepintaran Leibniz. Mesin penambah 12 digitnya yang terkenal hanya muncul pada tahun 1694 dan menelan belanja yang kemas - 24000 thalers. Mekanisme mesin itu adalah berdasarkan penggelek bertingkat yang dicipta oleh Leibniz, yang merupakan silinder dengan gigi pelbagai panjang digunakan padanya. Dalam mesin penambahan 12-bit terdapat 12 penggelek sedemikian - satu untuk setiap digit nombor.
Mesin penambah terdiri daripada dua bahagian - tetap dan boleh alih. Yang pegun menempatkan pembilang 12-bit utama dan penggelek peranti input berlangkah. Bahagian pemasangan peranti ini, yang terdiri daripada lapan bulatan digital kecil, terletak di bahagian mesin yang bergerak. Di tengah-tengah setiap bulatan terdapat paksi, di mana gear E dipasang di bawah penutup mesin, dan di atas penutup terdapat anak panah, yang berputar bersama dengan paksi. Hujung anak panah boleh ditetapkan pada sebarang nombor bulatan.
Data dimasukkan ke dalam mesin menggunakan mekanisme khas. Penggelek berlangkah S dipasang pada paksi tetrahedral dengan benang jenis rak. Rak ini disambungkan dengan roda sepuluh gigi E, pada lilitannya ditandakan nombor 0, 1...9. Dengan memutar roda ini supaya satu atau nombor lain muncul dalam slot penutup, roller berlangkah digerakkan selari dengan paksi roda gear F kaunter utama. Jika selepas ini penggelek diputar 360 darjah, maka satu, dua, dsb. akan terlibat dengan roda F. langkah terpanjang, bergantung pada magnitud anjakan. Oleh itu, roda F berputar 0, 1...9 bahagian revolusi penuh; cakera atau penggelek R juga dipusingkan. Dengan putaran seterusnya penggelek, nombor yang sama sekali lagi dipindahkan ke kaunter. Komputer Pascal dan Leibniz, serta beberapa komputer lain yang muncul pada abad ke-XNUMX, tidak digunakan secara meluas. Mereka adalah kompleks, mahal, dan keperluan orang ramai untuk mesin sedemikian masih belum begitu ketara. Walau bagaimanapun, apabila pengeluaran dan masyarakat berkembang, keperluan sedemikian mula dirasai, terutamanya apabila menyusun pelbagai jadual matematik. Jadual aritmetik, trigonometri dan logaritma menjadi meluas di Eropah pada penghujung abad ke-XNUMX dan permulaan abad ke-XNUMX; bank dan pejabat pinjaman menggunakan jadual faedah, dan syarikat insurans menggunakan jadual kematian. Tetapi jadual astronomi dan navigasi adalah sangat penting (terutama untuk England - "kuasa maritim yang hebat"). Ramalan ahli astronomi mengenai kedudukan benda angkasa pada masa itu merupakan satu-satunya cara yang membolehkan pelayar menentukan lokasi kapal mereka di laut lepas. Jadual ini adalah sebahagian daripada "Kalendar Marin", yang diterbitkan setiap tahun. Setiap penerbitan memerlukan tenaga kerja yang besar berpuluh-puluh dan ratusan kaunter. Tidak perlu untuk mengatakan betapa pentingnya untuk mengelakkan ralat dalam menyusun jadual ini. Tetapi masih terdapat kesilapan. Jadual yang paling biasa, logaritma, juga mengandungi ratusan malah beribu-ribu data yang salah. Penerbit jadual ini terpaksa mengekalkan kakitangan khas pembaca pruf yang menyemak pengiraan yang terhasil. Tetapi ini tidak menghalang kesilapan. Keadaan itu sangat serius sehingga kerajaan British - yang pertama di dunia - bimbang tentang mencipta komputer khas untuk menyusun jadual sedemikian. Pembangunan mesin (ia dipanggil mesin perbezaan) telah diamanahkan kepada ahli matematik dan pencipta Inggeris terkenal Charles Babbage. Pada tahun 1822, model kerja telah dibuat. Oleh kerana kepentingan ciptaan Babbage, serta kepentingan kaedah pengiraan mesin yang dibangunkannya, adalah sangat hebat, kita harus memikirkan dengan lebih terperinci tentang struktur enjin perbezaan. Mari kita pertimbangkan dahulu, menggunakan contoh mudah, kaedah yang dicadangkan oleh Babbage untuk menyusun jadual. Katakan anda perlu mengira jadual kuasa keempat bagi sebutan siri semula jadi 1, 2, 3...
Biarkan jadual sedemikian telah dikira untuk beberapa ahli siri dalam lajur 1 - dan nilai yang terhasil dimasukkan dalam lajur 2. Tolak yang sebelumnya daripada setiap nilai berikutnya. Hasilnya ialah nilai jujukan bagi perbezaan pertama (lajur 3). Setelah melakukan operasi yang sama dengan perbezaan pertama, kami memperoleh perbezaan kedua (lajur 4), ketiga (lajur 5) dan, akhirnya, keempat (lajur 6). Dalam kes ini, perbezaan keempat ternyata tetap: lajur 6 terdiri daripada nombor yang sama 24. Dan ini bukan kemalangan, tetapi akibat daripada teorem penting: jika fungsi (dalam kes ini ia adalah fungsi y( x)=x4, di mana x tergolong dalam set nombor asli) ialah polinomial darjah ke-n, maka dalam jadual dengan langkah malar perbezaan ke-nnya akan tetap. Kini mudah untuk meneka bahawa anda boleh mendapatkan jadual yang diperlukan berdasarkan baris pertama menggunakan penambahan. Sebagai contoh, untuk meneruskan jadual yang anda mulakan dengan satu baris lagi, anda perlu melakukan penambahan: 156 + = 24 180 590 + = 180 770 1695 + = 770 2465 4096 + = 2465 6561 Enjin perbezaan Babbage menggunakan roda pengiraan perpuluhan yang sama seperti Pascal. Untuk mewakili nombor, daftar yang terdiri daripada satu set roda sedemikian digunakan. Setiap lajur jadual, kecuali 1, yang mengandungi siri nombor asli, mempunyai daftarnya sendiri; Terdapat tujuh daripadanya secara keseluruhan dalam mesin, kerana ia sepatutnya mengira fungsi dengan perbezaan keenam yang berterusan. Setiap daftar terdiri daripada 18 roda digital mengikut bilangan digit nombor yang dipaparkan dan beberapa tambahan digunakan sebagai pembilang revolusi untuk tujuan tambahan lain. Jika semua daftar mesin menyimpan nilai yang sepadan dengan baris terakhir jadual kami, maka untuk mendapatkan nilai seterusnya fungsi dalam lajur 2 adalah perlu untuk melakukan secara berurutan beberapa penambahan yang sama dengan bilangan penambahan perbezaan yang sedia ada. Penambahan dalam mesin perbezaan berlaku dalam dua peringkat. Daftar yang mengandungi istilah telah dialihkan supaya gigi roda pengiraan terpasang. Selepas ini, roda salah satu daftar berputar ke arah yang bertentangan sehingga setiap satu daripadanya mencapai sifar. Peringkat ini dipanggil fasa penambahan. Pada akhir peringkat ini, dalam setiap digit daftar kedua jumlah digit digit ini diperolehi, tetapi setakat ini tanpa mengambil kira kemungkinan pemindahan dari digit ke digit. Pemindahan berlaku pada peringkat seterusnya, yang dipanggil fasa pemindahan, dan telah dijalankan seperti ini. Apabila setiap roda beralih dari 9 kepada 0 dalam fasa penambahan, selak khas dikeluarkan dalam digit ini. Dalam fasa pemindahan, semua selak dikembalikan ke tempatnya dengan tuas khas, yang pada masa yang sama memutar roda digit tertinggi seterusnya dengan satu langkah. Setiap pusingan sedemikian boleh, seterusnya, menyebabkan peralihan dari 9 kepada 0 dalam salah satu bit dan, oleh itu, pelepasan selak, yang kembali semula ke tempatnya, membuat pemindahan ke bit seterusnya. Oleh itu, selak dipulangkan ke tempatnya secara berurutan, bermula dari digit paling kecil dalam daftar. Sistem ini dipanggil penambahan dengan bawa berurutan. Semua operasi aritmetik lain dilakukan melalui penambahan. Apabila menolak, roda pengiraan berputar ke arah yang bertentangan (tidak seperti mesin Pascal, enjin perbezaan Babbage membenarkan ini dilakukan). Pendaraban dikurangkan kepada penambahan berjujukan, dan pembahagian dikurangkan kepada penolakan berjujukan. Kaedah yang diterangkan boleh digunakan bukan sahaja untuk mengira polinomial, tetapi juga fungsi lain, contohnya, logaritma atau trigonometri, walaupun, tidak seperti polinomial, mereka tidak mempunyai perbezaan utama yang tetap. Walau bagaimanapun, semua fungsi ini boleh diwakili (diperluaskan) dalam bentuk siri tak terhingga, iaitu polinomial bentuk mudah, dan pengiraan nilainya pada bila-bila masa boleh dikurangkan kepada masalah yang telah kita buat. dipertimbangkan. Sebagai contoh, sin x dan cos x boleh diwakili sebagai polinomial tak terhingga:
Pengembangan ini adalah benar untuk semua nilai fungsi dari 0 hingga p/4 (p/4=3, 14/4=0) dengan ketepatan yang sangat tinggi. Untuk nilai x yang lebih besar daripada p/785, pengembangan mempunyai bentuk yang berbeza, tetapi dalam setiap bahagian ini fungsi trigonometri boleh diwakili sebagai sejenis polinomial. Bilangan pasangan sebutan bagi siri yang diambil kira dalam pengiraan bergantung kepada ketepatan yang ingin diperolehi. Jika, sebagai contoh, keperluan ketepatan adalah kecil, anda boleh menghadkan diri anda kepada dua hingga empat penggal pertama siri dan buang yang lain. Tetapi anda boleh mengambil lebih banyak istilah dan mengira nilai fungsi pada bila-bila masa dengan sebarang ketepatan. (Perhatikan bahawa 4!=2•1=2; 2!=3•1•2=3; 6!=4•1•2•3=4, dsb.) Oleh itu, Babbage mengurangkan pengiraan nilai sebarang fungsi kepada satu operasi aritmetik mudah - penambahan. Lebih-lebih lagi, apabila bergerak dari satu bahagian fungsi ke bahagian lain, apabila perlu menukar nilai perbezaan, enjin perbezaan itu sendiri berbunyi (ia berdering selepas menyelesaikan beberapa langkah pengiraan tertentu). Penciptaan enjin perbezaan sahaja akan memberikan Babbage tempat penghormatan dalam sejarah pengkomputeran. Walau bagaimanapun, dia tidak berhenti di situ dan mula membangunkan reka bentuk mesin analisis yang lebih kompleks, yang menjadi pendahulu langsung semua komputer moden. Apakah keanehannya? Hakikatnya ialah mesin perbezaan, pada dasarnya, hanya kekal sebagai mesin penambahan yang kompleks dan memerlukan kehadiran berterusan seseorang untuk operasinya yang menyimpan keseluruhan skema pengiraan (program) di kepalanya dan mengarahkan tindakan mesin di sepanjang satu laluan. atau yang lain. Adalah jelas bahawa keadaan ini merupakan halangan tertentu dalam melakukan pengiraan. Sekitar tahun 1834, Babbage datang dengan idea: "Adakah tidak mungkin untuk mencipta mesin yang akan menjadi kalkulator universal, iaitu, akan melakukan semua tindakan tanpa campur tangan manusia dan, bergantung pada keputusan yang diperoleh pada peringkat tertentu, akan melakukannya sendiri. pilih jalan pengiraan selanjutnya?” Pada asasnya ini bermakna mencipta mesin dikawal perisian. Program yang sebelum ini berada dalam kepala pengendali kini perlu diuraikan menjadi satu set arahan mudah dan jelas yang akan dimasukkan ke dalam mesin terlebih dahulu dan mengawal operasinya. Tiada siapa yang pernah cuba mencipta komputer sedemikian, walaupun idea peranti yang dikawal perisian telah pun direalisasikan pada masa itu. Pada tahun 1804, pencipta Perancis Joseph Jacquard menghasilkan alat tenun yang dikawal oleh komputer. Prinsip operasinya adalah seperti berikut. Fabrik, seperti yang diketahui, adalah jalinan benang yang saling berserenjang. Tenunan ini dilakukan pada alat tenun, di mana benang meledingkan (membujur) diulirkan melalui mata - lubang dalam gelung wayar, dan benang melintang ditarik melalui meledingkan ini dalam susunan tertentu menggunakan pesawat ulang-alik. Dalam tenunan yang paling mudah, gelung naik melalui satu, dan benang meledingkan berulir melaluinya naik dengan sewajarnya. Jurang terbentuk di antara benang yang dibangkitkan dan yang tinggal, di mana pesawat ulang-alik menarik benang pakan (melintang). Selepas itu gelung yang dibangkitkan diturunkan, dan selebihnya dinaikkan. Untuk corak tenunan yang lebih kompleks, benang perlu dinaikkan dalam kombinasi lain yang berbeza. Penenun menurunkan dan menaikkan benang meledingkan secara manual, yang biasanya mengambil banyak masa. Selepas 30 tahun kerja yang berterusan, Jacquard mencipta mekanisme yang memungkinkan untuk mengautomasikan pergerakan gelung mengikut undang-undang yang diberikan menggunakan satu set kad kadbod dengan lubang ditebuk di dalamnya - kad tebukan. Dalam mesin Jacquard, mata disambungkan ke jarum panjang yang terletak pada kad yang ditebuk. Apabila mereka bertemu dengan lubang, jarum bergerak ke atas, menyebabkan mata yang berkaitan meningkat. Sekiranya jarum diletakkan pada kad di tempat yang tidak ada lubang, mereka tetap di tempatnya, juga memegang mata yang berkaitan dengannya. Oleh itu, jurang untuk ulang-alik, dan dengan itu corak tenunan benang, ditentukan oleh satu set lubang pada kad kawalan yang sepadan. Babbage berhasrat untuk menggunakan prinsip kad tebuk kawalan yang sama dalam Enjin Analitiknya. Dia bekerja pada reka bentuknya selama hampir empat puluh tahun: dari 1834 hingga akhir hayatnya pada tahun 1871, tetapi tidak pernah dapat menyelesaikannya. Bagaimanapun, dia meninggalkan lebih daripada 200 lukisan mesin dan komponen individunya, dilengkapi dengan banyak nota terperinci yang menerangkan operasinya. Semua bahan ini sangat diminati dan merupakan salah satu contoh pandangan jauh saintifik yang paling menakjubkan dalam sejarah teknologi. Menurut Babbage, Enjin Analitik perlu memasukkan empat blok utama.
Peranti pertama, yang disebut Babbage sebagai "kilang", direka untuk melakukan empat operasi asas aritmetik. Peranti kedua - "gudang" - bertujuan untuk menyimpan nombor (hasil awal, pertengahan dan akhir). Nombor awal dihantar ke peranti aritmetik, dan keputusan pertengahan dan akhir diperoleh daripadanya. Elemen utama kedua-dua blok ini ialah daftar daripada roda pengiraan perpuluhan. Setiap daripada mereka boleh dipasang dalam satu daripada sepuluh kedudukan dan dengan itu "ingat" satu tempat perpuluhan. Ingatan mesin perlu memasukkan 1000 daftar 50 roda nombor setiap satu, iaitu, ia boleh menyimpan 1000 nombor lima puluh digit. Kelajuan pengiraan yang dilakukan secara langsung bergantung pada kelajuan putaran roda digital. Babbage mengandaikan bahawa menambah dua nombor 50-bit akan mengambil masa 1 saat. Untuk memindahkan nombor dari memori ke peranti aritmetik dan belakang, ia sepatutnya menggunakan rak gear, yang sepatutnya terlibat dengan gigi pada roda. Setiap rak bergerak sehingga roda mencapai kedudukan sifar. Pergerakan itu dihantar oleh rod dan pautan ke peranti aritmetik, di mana, melalui rak lain, ia digunakan untuk menggerakkan salah satu roda daftar ke kedudukan yang dikehendaki. Operasi asas enjin analisis, seperti perbezaan satu, adalah penambahan, dan selebihnya dikurangkan kepadanya. Untuk memutarkan banyak gear, daya luaran yang ketara diperlukan, yang Babbage harap dapat diperoleh melalui penggunaan enjin stim. Peranti ketiga, yang mengawal urutan operasi, penghantaran nombor di mana operasi dijalankan, dan output keputusan, secara struktur adalah dua mekanisme kad tebuk jacquard. Kad tebuk Babbage berbeza daripada kad tebukan Jacquard, yang mengawal hanya satu operasi - mengangkat benang untuk mendapatkan corak yang diingini semasa proses membuat fabrik. Mengawal operasi enjin analitik termasuk pelbagai jenis operasi, setiap satunya memerlukan jenis kad tebuk khas. Babbage mengenal pasti tiga jenis utama kad tebuk: kad operasi (atau kad operasi), pembolehubah (atau kad berubah) dan berangka. Kad tebuk operasi mengawal mesin. Mengikut arahan yang dicop pada mereka, nombor dalam peranti aritmetik telah ditambah, ditolak, didarab dan dibahagikan. Salah satu idea Babbage yang paling berpandangan jauh ialah pengenalan perintah lompat bersyarat kepada set arahan yang ditentukan oleh urutan kad tebuk operasi. Dengan sendirinya, kawalan program (tanpa menggunakan lompatan bersyarat) tidak akan mencukupi untuk melaksanakan kerja pengiraan yang kompleks dengan cekap. Urutan operasi linear ditakrifkan dengan ketat di semua titik. Jalan ini dikenali dalam setiap perincian sehingga ke penghujungnya. Konsep "peralihan bersyarat" bermaksud peralihan komputer ke bahagian lain program jika beberapa syarat pertama kali dipenuhi. Mempunyai peluang untuk menggunakan arahan lompat bersyarat, pengkompil program komputer tidak diperlukan untuk mengetahui pada peringkat pengiraan tanda yang mempengaruhi pilihan kursus pengiraan akan berubah. Penggunaan peralihan bersyarat memungkinkan untuk menganalisis keadaan semasa di setiap persimpangan jalan dan, berdasarkan ini, pilih satu laluan atau yang lain. Perintah bersyarat boleh mengambil pelbagai bentuk: membandingkan nombor, memilih nilai berangka yang diperlukan, menentukan tanda nombor, dsb. Mesin melakukan operasi aritmetik, membandingkan nombor yang terhasil antara satu sama lain, dan menjalankan operasi selanjutnya dengan sewajarnya. Oleh itu, mesin boleh bergerak ke bahagian lain program, melangkau beberapa arahan, atau kembali untuk melaksanakan beberapa bahagian program sekali lagi, iaitu, mengatur gelung. Pengenalan arahan lompat bersyarat menandakan permulaan penggunaan logik, dan bukan hanya pengiraan, operasi dalam mesin.
Menggunakan jenis kedua kad tebuk - pembolehubah (atau, dalam terminologi Babbage, "kad pembolehubah"), nombor dipindahkan antara memori dan peranti aritmetik. Kad ini tidak menunjukkan nombor itu sendiri, tetapi hanya nombor daftar memori, iaitu sel untuk menyimpan satu nombor. Babbage memanggil daftar memori "pembolehubah," menunjukkan bahawa kandungan daftar berubah bergantung pada nombor yang disimpan di dalamnya. Enjin Analitik Babbage menggunakan tiga jenis peta pembolehubah: untuk memindahkan nombor ke peranti aritmetik dan kemudian menyimpannya dalam ingatan, untuk operasi yang serupa, tetapi tanpa menyimpannya dalam ingatan, dan untuk memasukkan nombor ke dalam ingatan. Mereka dipanggil: 1) "kad sifar" (nombor dipanggil dari daftar memori, selepas itu daftar ditetapkan kepada sifar); 2) "kad simpanan" (nombor itu dipanggil semula dari ingatan tanpa mengubah kandungan daftar); 3) "kad penerimaan" (nombor dipindahkan dari peranti aritmetik ke memori dan ditulis ke salah satu daftar). Semasa mesin beroperasi, terdapat purata tiga kad berubah bagi setiap kad tebuk operasi. Mereka menunjukkan bilangan sel memori (alamat, dalam terminologi moden) di mana dua nombor awal disimpan, dan nombor sel di mana hasilnya ditulis.
Kad tebuk berangka adalah jenis utama kad tebuk enjin analitik. Dengan bantuan mereka, nombor awal telah dimasukkan untuk menyelesaikan masalah tertentu dan data baharu yang mungkin diperlukan semasa pengiraan. Selepas melakukan pengiraan yang dicadangkan, mesin menumbuk jawapan pada kad tebuk yang berasingan. Pengendali menambah kad tebuk ini mengikut urutan nombornya dan kemudian menggunakannya dalam kerja (ia adalah, seolah-olah, memori luarannya). Sebagai contoh, apabila semasa pengiraan mesin memerlukan nilai logaritma 2303, ia menunjukkannya dalam tetingkap khas dan memberikan loceng. Pengendali menemui kad tebuk yang diperlukan dengan nilai logaritma ini dan memasukkannya ke dalam mesin. "Semua kad," tulis Babbage, "sekali digunakan dan dibuat untuk satu tugas, boleh digunakan untuk menyelesaikan masalah yang sama dengan data lain, jadi tidak perlu menyediakannya untuk kali kedua - ia boleh dipelihara dengan teliti untuk kegunaan masa hadapan; lama-kelamaan mesin itu akan mempunyai perpustakaan anda sendiri." Blok keempat direka bentuk untuk menerima nombor awal dan menghasilkan keputusan akhir dan terdiri daripada beberapa peranti yang menyediakan operasi input-output. Nombor awal telah dimasukkan ke dalam mesin oleh pengendali dan dimasukkan ke dalam peranti storannya, dari mana keputusan akhir diambil dan dikeluarkan. Mesin boleh mencetak jawapan pada kad yang ditebuk atau mencetaknya di atas kertas. Kesimpulannya, perlu diingatkan bahawa jika pembangunan perkakasan Enjin Analitik dikaitkan secara eksklusif dengan nama Babbage, maka pengaturcaraan untuk menyelesaikan masalah pada mesin ini adalah dengan nama kawan baiknya - Lady Ada Lovelace, anak perempuan asli penyair Inggeris hebat Byron, yang bersemangat tentang matematik dan cemerlang dalam memahami masalah saintifik dan teknikal yang kompleks. Pada tahun 1842, sebuah artikel oleh ahli matematik muda Menabrea telah diterbitkan di Itali yang menerangkan enjin analisis Babbage. Pada tahun 1843, Lady Lovelace menterjemah artikel ini ke dalam bahasa Inggeris, memberikannya ulasan yang luas dan bernas. Untuk menggambarkan operasi mesin itu, Lady Lovelace melampirkan pada artikel itu program yang dia susun untuk mengira nombor Bernoulli. Ulasan beliau pada asasnya adalah karya pertama mengenai pengaturcaraan dalam sejarah. Enjin analisis ternyata menjadi peranti yang sangat mahal dan kompleks. Kerajaan Inggeris, yang pada mulanya membiayai kerja Babbage, tidak lama kemudian enggan membantunya, jadi dia tidak pernah dapat menyelesaikan kerjanya. Adakah kerumitan mesin ini wajar? Tidak dalam segala-galanya. Banyak operasi (terutamanya input dan output nombor dan pemindahannya dari satu peranti ke peranti lain) akan menjadi sangat dipermudahkan jika Babbage telah menggunakan isyarat elektrik. Walau bagaimanapun, mesinnya dianggap sebagai peranti mekanikal semata-mata tanpa sebarang unsur elektrik, yang sering meletakkan penciptanya dalam kedudukan yang sangat sukar. Sementara itu, geganti elektromekanikal, yang kemudiannya menjadi elemen utama komputer, telah pun dicipta pada masa itu: ia dicipta pada tahun 1831 secara serentak oleh Henry dan Salvatore dal Negro. Penggunaan geganti elektromekanikal dalam teknologi komputer bermula sejak ciptaan Herman Hollerith Amerika, yang mencipta satu set peranti yang direka untuk memproses sejumlah besar data (contohnya, hasil banci). Keperluan untuk mesin sedemikian sangat besar. Sebagai contoh, keputusan bancian 1880 telah diproses di Amerika Syarikat selama 7 tahun. Tempoh yang begitu penting dijelaskan oleh fakta bahawa perlu untuk mengisih sejumlah besar kad (satu untuk setiap 5 juta penduduk) dengan sangat besar - 50 tajuk - set pilihan jawapan kepada soalan yang ditanya dalam kad. Hollerith tahu tentang masalah ini secara langsung - dia sendiri adalah pekerja Biro Banci AS, sebuah agensi perangkaan yang bertanggungjawab menjalankan banci penduduk dan memproses keputusannya. Bekerja banyak dalam menyusun kad, Hollerith menghasilkan idea untuk mekanisasi proses ini. Mula-mula, dia menggantikan kad itu dengan kad tebuk, iaitu, bukannya menandakan pilihan jawapan dengan pensil, dia mendapat idea untuk menebuk lubang. Untuk tujuan ini, dia membangunkan kad tebuk 80 lajur khas, di mana semua maklumat tentang seorang yang direkodkan semasa banci ditulis dalam bentuk tumbukan. (Bentuk kad tebuk ini tidak mengalami perubahan ketara sejak itu.) Lazimnya, satu jalur kad tebuk digunakan untuk menjawab satu soalan, yang membolehkan untuk merekodkan sepuluh kemungkinan jawapan (contohnya, kepada soalan tentang agama) . Dalam sesetengah kes (contohnya, soalan umur), dua lajur boleh digunakan, memberikan seratus kemungkinan jawapan. Idea kedua Hollerith adalah hasil daripada yang pertama - dia mencipta kompleks mengira dan tebukan yang pertama di dunia, yang termasuk penebuk input (untuk menebuk lubang) dan penjadual dengan peranti untuk mengisih kad tebuk. Penembusan dilakukan secara manual menggunakan penebuk, yang terdiri daripada badan besi tuang dengan penerima kad dan penebuk itu sendiri. Plat dengan beberapa baris lubang diletakkan di atas penerima; apabila pemegang penebuk ditekan pada salah satu daripadanya, kad di bawah pinggan ditebuk mengikut cara yang diingini. Pukulan kompleks menumbuk data umum pada sekumpulan kad dengan satu sentuhan tangan. Mesin pengisih terdiri daripada beberapa kotak dengan penutup. Kad itu dimajukan dengan tangan di antara satu set pin spring dan takungan yang diisi dengan merkuri. Apabila pin memasuki lubang, ia menyentuh merkuri dan melengkapkan litar elektrik. Pada masa yang sama, penutup kotak tertentu diangkat, dan pengendali meletakkan kad di sana. Penjadual (atau mesin penambah) menyiasat lubang pada kad yang ditebuk, menganggapnya sebagai nombor yang sepadan dan mengiranya. Prinsip operasinya adalah serupa dengan mesin pengisih dan berdasarkan penggunaan geganti elektromekanikal (pin spring dan cawan merkuri juga digunakan). Apabila rod, semasa kad yang ditebuk bergerak, jatuh melalui lubang ke dalam cawan merkuri, litar elektrik ditutup, dan isyarat elektrik dihantar ke kaunter, yang menambah unit baru kepada nombor di dalamnya. Setiap meter mempunyai dail dengan jarum yang menggerakkan satu unit skala apabila lubang dikesan. Jika penjadual mempunyai 80 pembilang, ia boleh mengira keputusan 8 soalan secara serentak (dengan sepuluh kemungkinan jawapan untuk setiap soalan). Untuk mengira keputusan bagi 8 soalan seterusnya, kad tebuk yang sama sekali lagi dilalui melalui penjadual dengan bahagian lain. Dalam satu larian, sehingga 1000 kad diisih setiap jam. Hollerith menerima paten pertamanya (untuk idea itu) pada tahun 1884. Pada tahun 1887, mesinnya telah diuji di Baltimore untuk menyusun jadual kematian. Pada tahun 1889, ujian yang menentukan sistem berlaku - banci percubaan telah dijalankan di empat daerah di bandar Sant-Louis. Mesin Hollerith jauh mendahului dua sistem manual yang bersaing (ia berfungsi 10 kali lebih cepat). Selepas ini, kerajaan AS memeterai perjanjian dengan Hollerith untuk membekalkan peralatan untuk banci 1890. Terima kasih kepada penjadual, hasil bancian ini diproses dalam masa dua tahun sahaja. Akibatnya, mesin itu mendapat pengiktirafan antarabangsa dengan cepat dan digunakan di banyak negara semasa memproses data banci penduduk. Pada tahun 1902, Hollerith mencipta penjadual automatik, di mana kad disuap secara automatik dan bukannya secara manual, dan memodenkan mesin pengisihannya. Pada tahun 1908, beliau mencipta model asas baru mesin penjumlahan. Daripada cawan dengan merkuri, berus kenalan digunakan di sini, dengan bantuan litar elektrik elektromagnet ditutup. Yang terakhir menyediakan sambungan dan pemutusan sambungan aci berputar berterusan dengan roda digital kaunter penambah. Roda digital membelok melalui gear daripada aci berputar berterusan, yang membawa cengkaman rahang gelongsor yang dikawal oleh elektromagnet. Apabila terdapat lubang di bawah berus kenalan, litar elektrik elektromagnet yang sepadan ditutup, dan ia menghidupkan klac, yang menyambungkan roda digital ke aci berputar, selepas itu kandungan kaunter dalam digit ini meningkat sebanyak nombor berkadar dengan satu putaran roda. Pemindahan puluhan telah dilakukan dengan cara yang lebih kurang sama seperti dalam enjin perbezaan Babbage. Kerja yang dimulakan oleh Hollerith diteruskan pada zaman kita. Kembali pada tahun 1896, beliau mengasaskan Syarikat Mesin Tabulasi, yang mengkhusus dalam pengeluaran mesin mengira dan tebuk serta kad tebuk. Pada tahun 1911, selepas Hollerith meninggalkan perniagaan, syarikatnya bergabung dengan tiga yang lain dan telah berubah menjadi syarikat IBM yang kini terkenal di seluruh dunia, pemaju terbesar dalam bidang teknologi komputer. Penjadual Hollerith adalah yang pertama menggunakan unsur elektromekanikal. Perkembangan selanjutnya teknologi komputer dikaitkan dengan penggunaan elektrik yang meluas dan pelbagai. Pada tahun 1938, jurutera Jerman Konrad Zuse mencipta komputer elektronik geganti pertama dalam sejarah, Z1, berdasarkan geganti telefon (peranti rakaman di dalamnya kekal mekanikal). Pada tahun 1939, model Z2 yang lebih maju muncul, dan pada tahun 1941 Zuse memasang komputer terkawal program operasi pertama di dunia, yang menggunakan sistem binari. Kesemua mesin ini mati semasa perang dan oleh itu tidak banyak mempengaruhi sejarah pengkomputeran seterusnya. Secara bebas daripada Zuse, Howard Aiken terlibat dalam pembinaan komputer geganti di Amerika Syarikat. Sebagai pelajar siswazah di Universiti Harvard, Aiken terpaksa melakukan banyak pengiraan yang rumit semasa mengerjakan disertasinya. Untuk mengurangkan masa yang dihabiskan untuk kerja pengiraan, dia mula mencipta mesin mudah untuk menyelesaikan masalah tertentu secara automatik. Akhirnya dia mendapat idea tentang mesin pengkomputeran universal automatik yang mampu menyelesaikan pelbagai masalah saintifik. Pada tahun 1937, IBM mula berminat dengan projeknya. Satu pasukan jurutera telah ditugaskan untuk membantu Aiken. Tidak lama kemudian kerja-kerja pembinaan kenderaan Mark-1 bermula. Geganti, pembilang, kenalan dan peranti input dan output kad tebuk adalah bahagian standard penjadual yang dikeluarkan oleh IBM. Pada tahun 1944, kereta itu telah dipasang dan dipindahkan ke Universiti Harvard. "Mark-1" kekal sebagai kenderaan peralihan. Ia menggunakan secara meluas elemen mekanikal untuk mewakili nombor dan elemen elektromekanikal untuk mengawal operasi mesin. Seperti Enjin Analitik Babbage, nombor disimpan dalam daftar yang terdiri daripada roda pengiraan sepuluh gigi. Secara keseluruhan, Mark 1 mempunyai 72 daftar dan, sebagai tambahan, memori tambahan sebanyak 60 daftar yang dibentuk oleh suis mekanikal. Pemalar dimasukkan secara manual ke dalam memori tambahan ini - nombor yang tidak berubah semasa proses pengiraan. Setiap daftar mengandungi 24 roda, dengan 23 daripadanya digunakan untuk mewakili nombor itu sendiri dan satu untuk mewakili tandanya. Daftar mempunyai mekanisme untuk melepasi puluh dan oleh itu digunakan bukan sahaja untuk menyimpan nombor, tetapi juga untuk melaksanakan operasi pada mereka: nombor yang terletak dalam satu daftar boleh dipindahkan ke yang lain dan ditambah kepada (atau ditolak daripada) nombor yang terletak di sana. Operasi ini dilakukan seperti berikut. Aci berputar berterusan melalui roda pengiraan yang membentuk daftar, dan mana-mana roda boleh disambungkan ke aci ini dengan bantuan suis elektromekanikal untuk suatu masa yang berjumlah bahagian tertentu revolusinya. Setiap nombor dilekatkan pada berus (sentuhan membaca), yang, apabila roda berputar, berjalan di sepanjang kenalan sepuluh segmen pegun. Ini memungkinkan untuk mendapatkan persamaan elektrik bagi digit yang disimpan dalam bit daftar tertentu. Untuk melaksanakan operasi penjumlahan, sambungan sedemikian telah diwujudkan antara berus daftar pertama dan mekanisme pensuisan daftar kedua bahawa roda kedua disambungkan ke aci untuk sebahagian daripada tempoh putaran, berkadar dengan nombor dalam yang sepadan. digit daftar pertama. Semua suis dimatikan secara automatik pada penghujung fasa penambahan, yang mengambil masa tidak lebih daripada separuh tempoh revolusi. Mekanisme penjumlahan itu sendiri pada asasnya tidak berbeza daripada penambah penjadual Hollerite. Pendaraban dan pembahagian dilakukan dalam peranti yang berasingan. Di samping itu, mesin itu mempunyai blok terbina dalam untuk mengira fungsi sin x, log x dan beberapa yang lain. Kelajuan purata melakukan operasi aritmetik ialah: penambahan dan penolakan - 0 saat, pendaraban - 3 saat, pembahagian - 5 saat. Iaitu, "Mark-7" bersamaan dengan kira-kira 15 operator yang bekerja dengan mesin menambah manual. Operasi Mark 1 dikawal oleh arahan yang dimasukkan menggunakan pita berlubang. Setiap arahan telah dikodkan dengan menebuk lubang dalam 24 lajur di sepanjang pita dan membaca menggunakan berus kenalan. Menebuk pada kad yang ditebuk telah ditukar kepada satu set denyutan. Set isyarat elektrik yang diperoleh hasil daripada "menyiasat" kedudukan baris tertentu menentukan tindakan mesin pada langkah pengiraan tertentu. Berdasarkan arahan ini, peranti kawalan memastikan pelaksanaan automatik semua pengiraan dalam program ini: ia mendapatkan nombor daripada sel memori, memberikan arahan untuk operasi aritmetik yang diperlukan, menghantar hasil pengiraan ke peranti storan, dsb. Aiken menggunakan mesin taip dan gerudi tukul sebagai peranti output. Selepas pelancaran Mark 1, Aiken dan rakan sekerjanya mula bekerja pada Mark 2, berakhir pada tahun 1947. Mesin ini tidak lagi mempunyai roda digital mekanikal, dan geganti elektrik digunakan untuk mengingat nombor, melakukan operasi aritmetik dan operasi kawalan - terdapat 13 ribu daripadanya secara keseluruhan. Nombor dalam Mark 2 diwakili dalam bentuk binari. Sistem nombor binari telah dicadangkan oleh Leibniz, yang menganggapnya paling mudah untuk digunakan dalam komputer. (Satu risalah mengenai topik ini telah ditulis pada tahun 1703.) Beliau juga membangunkan aritmetik nombor binari. Dalam sistem binari, sama seperti dalam sistem perpuluhan yang biasa kita gunakan, makna setiap digit ditentukan oleh kedudukannya, cuma daripada set biasa sepuluh digit, hanya dua digunakan: 0 dan 1. Untuk memahami tatatanda perduaan nombor, mari kita lihat dahulu apa maksudnya mempunyai tatatanda perpuluhan yang terkenal. Sebagai contoh, nombor 2901 boleh diwakili seperti berikut:
Iaitu, nombor: 2, 9, 0, 1 menunjukkan berapa banyak unit dalam setiap tempat perpuluhan nombor itu. Jika sistem binari digunakan dan bukannya sistem perpuluhan, setiap digit akan menunjukkan bilangan unit yang terkandung dalam setiap digit binari. Sebagai contoh, nombor 13 ditulis dalam binari seperti berikut:
Sistem binari agak rumit (contohnya, nombor 9000 akan mempunyai 14 digit), tetapi ia sangat mudah apabila melakukan operasi aritmetik. Keseluruhan jadual pendaraban di dalamnya dikurangkan kepada satu kesamaan 1*1=1, dan penambahan hanya mempunyai tiga peraturan: 1) 0+0 memberikan 0; 2) 0+1 memberikan 1; 3) 1+1 memberikan 0 dan membawa 1 kepada digit paling bererti. Sebagai contoh: 01010 +
Kelulusan sistem perduaan dalam pengkomputeran adalah disebabkan oleh kewujudan analog teknikal mudah bagi digit perduaan - geganti elektrik, yang boleh berada dalam salah satu daripada dua keadaan stabil, yang pertama dikaitkan dengan 0, yang lain dengan 1. Penghantaran nombor binari oleh impuls elektrik dari satu peranti mesin ke peranti lain juga sangat mudah. Untuk melakukan ini, hanya dua denyutan bentuk yang berbeza cukup (atau bahkan satu, jika ketiadaan isyarat dianggap sifar). Perlu diingatkan bahawa mesin geganti, yang dicipta pada awal sejarah komputer, tidak digunakan lama dalam teknologi komputer, kerana ia agak perlahan. Sama seperti dalam mesin mekanikal, kelajuan pengiraan ditentukan oleh kelajuan putaran roda digital, masa operasi litar yang terdiri daripada geganti adalah sama dengan masa penggerak dan pelepasan geganti. Sementara itu, geganti terpantas pun tidak boleh membuat lebih daripada 50 operasi sesaat. Sebagai contoh, dalam Markah 2, operasi tambah dan tolak mengambil masa purata 0,125 saat, dan pendaraban memerlukan 0,25 saat. Analog elektronik geganti elektromekanikal - pencetus tiub vakum - mempunyai kelajuan yang lebih besar. Mereka menjadi elemen asas dalam komputer generasi pertama.
Pencetus itu dicipta pada tahun 1919 oleh jurutera Rusia Bonch-Bruevich dan, secara bebas daripadanya, oleh Amerika Iccles dan Jordan. Elemen elektronik ini mengandungi dua lampu, dan pada bila-bila masa boleh berada dalam salah satu daripada dua keadaan stabil. Ia adalah geganti elektronik, iaitu, dengan kehadiran isyarat nadi kawalan, ia menghidupkan talian atau litar arus elektrik yang dikehendaki. Seperti geganti elektromekanikal, ia boleh digunakan untuk mewakili satu digit binari.
Mari kita pertimbangkan prinsip operasi geganti elektronik yang terdiri daripada dua tiub triod elektronik L1 dan L2, yang boleh terletak dalam silinder yang sama. Voltan dari anod L1 dibekalkan ke grid L1 melalui rintangan R2, dan voltan dari anod L2 dibekalkan ke grid L1 melalui rintangan R2. Bergantung pada kedudukan di mana flip-flop terletak, ia menghasilkan tahap voltan rendah atau tinggi pada output. Mari kita anggap lampu L1 terbuka dan L2 ditutup. Kemudian voltan pada anod lampu terbuka adalah kecil berbanding voltan pada anod lampu tertutup. Sesungguhnya, oleh kerana lampu terbuka L1 mengalirkan arus, kebanyakan voltan anod jatuh (mengikut hukum Ohm u=i•R) pada rintangan anod tinggi Ra, dan hanya sebahagian kecil voltan jatuh pada lampu itu sendiri (disambungkan dalam siri dengannya). Sebaliknya, dalam lampu tertutup arus plat adalah sifar dan keseluruhan voltan punca voltan plat jatuh merentasi lampu. Oleh itu, penurunan voltan yang ketara dari anod lampu terbuka L1 ke grid lampu tertutup berbanding anod lampu tertutup L2 ke grid L1. Voltan negatif Ec yang digunakan pada grid kedua-dua lampu dipilih supaya pada mulanya lampu L2 ditutup, walaupun terdapat voltan positif kecil yang dibekalkan dari anod lampu terbuka L1 ke grid L2. Lampu L1 pada mulanya terbuka, kerana voltan positif yang dibekalkan kepada grid dari anod L2 adalah lebih besar daripada Ec. Oleh itu, terima kasih kepada sambungan antara lampu melalui rintangan R1 dan R2, keadaan awal adalah stabil dan akan berterusan selama yang dikehendaki. Sekarang mari kita pertimbangkan apa yang akan berlaku dalam litar jika voltan negatif dikenakan pada grid lampu terbuka L1 dari luar dalam bentuk nadi arus pendek dengan magnitud sedemikian untuk menutupnya. Apabila arus anod i1 berkurangan, voltan pada anod lampu L1 akan meningkat dengan mendadak dan, akibatnya, voltan positif pada grid L2 akan meningkat. Ini akan menyebabkan kemunculan arus anod i2 melalui lampu L2, yang mana voltan anod pada lampu L2 akan berkurangan. Pengurangan voltan positif pada grid L1 akan membawa kepada penurunan yang lebih besar dalam arus dalam L1, dsb. Hasil daripada proses pertumbuhan seperti runtuhan salji untuk mengurangkan arus dalam L1 dan meningkatkan arus dalam L2, lampu L1 akan ditutup, dan lampu L2 akan terbuka. Oleh itu, litar akan bergerak ke kedudukan keseimbangan baru yang stabil, yang akan dikekalkan selama yang dikehendaki: 1 nadi yang digunakan pada input adalah "diingati". Geganti elektronik boleh dikembalikan kepada keadaan asalnya dengan menggunakan nadi voltan negatif pada input. Oleh itu, pencetus mempunyai dua kedudukan keseimbangan yang stabil: yang awal, di mana L1 terbuka dan L2 ditutup, dan keadaan yang dipanggil "teruja", di mana L1 ditutup dan L2 terbuka. Masa yang diambil untuk pencetus bergerak dari satu keadaan ke keadaan lain adalah sangat singkat. Kapasitor C1 dan C2 berfungsi untuk mempercepatkan operasi lampu. Idea komputer yang akan menggunakan tiub vakum sebagai peranti penyimpanan adalah milik saintis Amerika John Mauchly. Pada tahun 30-an, dia membuat beberapa peranti pengkomputeran mudah menggunakan flip-flop. Walau bagaimanapun, seorang lagi ahli matematik Amerika John Atanasov yang pertama kali menggunakan tiub vakum untuk mencipta komputer. Keretanya hampir siap pada tahun 1942. Tetapi kerana perang, pembiayaan untuk kerja itu dihentikan. Pada tahun berikutnya, 1943, semasa bekerja di Moore School of Electrical Engineering di University of Pennsylvania, Mauchly, bersama-sama dengan Presper Eckert, membangunkan projeknya untuk komputer elektronik. Jabatan Ordnance AS mula berminat dengan kerja ini dan mengarahkan Universiti Pennsylvania untuk membina mesin itu. Mauchly dilantik sebagai ketua kerja. Untuk membantunya, 11 lagi jurutera (termasuk Eckert), 200 juruteknik dan sejumlah besar pekerja telah diberikan. Selama dua setengah tahun, sehingga tahun 1946, pasukan ini mengusahakan penciptaan "integrator digital elektronik dan komputer" - ENIAC. Ia adalah struktur yang besar, menduduki kawasan seluas 135 meter persegi, seberat 30 tan dan menggunakan 150 kilowatt tenaga. Mesin itu terdiri daripada empat puluh panel yang mengandungi 18000 tiub vakum dan 1500 geganti. Walau bagaimanapun, penggunaan tiub vakum dan bukannya elemen mekanikal dan elektromekanikal dibenarkan untuk peningkatan mendadak dalam kelajuan. ENIAC menghabiskan hanya 0 saat untuk pendaraban, dan 0028 saat untuk penambahan, iaitu, ia berfungsi seribu kali lebih pantas daripada mesin geganti yang paling canggih. Peranti ENIAC secara umum adalah seperti berikut. Setiap sepuluh pencetus disambungkan dalam gelang, membentuk pembilang perpuluhan, yang berfungsi sebagai roda pengiraan mesin mekanikal. Sepuluh cincin tersebut ditambah dua pencetus untuk mewakili tanda nombor membentuk daftar simpanan. Secara keseluruhan, ENIAC mempunyai dua puluh daftar sedemikian. Setiap daftar dilengkapi dengan litar puluhan dan boleh digunakan untuk melakukan operasi tambah dan tolak. Operasi aritmetik lain dilakukan dalam blok khas. Nombor dihantar dari satu bahagian mesin ke bahagian lain melalui kumpulan 11 konduktor - satu untuk setiap tempat perpuluhan dan tanda nombor. Nilai digit yang dihantar adalah sama dengan bilangan denyutan yang mengalir melalui konduktor tertentu. Operasi blok individu mesin dikawal oleh pengayun induk, yang menghasilkan urutan isyarat tertentu yang "membuka" dan "menutup" blok mesin elektronik yang sepadan. Nombor dimasukkan ke dalam mesin menggunakan kad tebuk. Kawalan perisian telah dijalankan menggunakan palam dan medan penetapan huruf (patchboard) - dengan itu blok individu mesin disambungkan antara satu sama lain. Ini adalah salah satu kelemahan ketara reka bentuk yang diterangkan. Ia mengambil masa sehingga beberapa hari untuk menyediakan mesin untuk bekerja - menyambungkan blok pada papan suis - manakala tugas itu kadangkala diselesaikan dalam beberapa minit sahaja. Secara umum, ENIAC masih merupakan mesin pengkomputeran yang agak tidak boleh dipercayai dan tidak sempurna. Ia sering rosak, dan penyelesaian masalah kadangkala mengambil masa beberapa hari. Selain itu, mesin ini tidak dapat menyimpan maklumat. Untuk menghapuskan kelemahan terakhir, Eckert mengemukakan idea program tersimpan pada tahun 1944. Ini adalah salah satu penemuan teknikal yang paling penting dalam sejarah pengkomputeran. Intipatinya ialah arahan program perlu dibentangkan dalam bentuk kod berangka, iaitu, dikodkan dalam sistem binari (seperti nombor) dan dimasukkan ke dalam mesin, di mana ia akan disimpan bersama dengan nombor asal. Untuk mengingati arahan dan operasi ini dengan mereka, ia sepatutnya menggunakan peranti yang sama - pencetus - seperti untuk beroperasi dengan nombor. Dari ingatan, arahan individu perlu diambil semula ke dalam peranti kawalan, di mana kandungannya ditafsirkan dan digunakan untuk memindahkan nombor dari ingatan ke unit aritmetik untuk melaksanakan operasi padanya dan menghantar keputusan kembali ke ingatan. Sementara itu, selepas tamat Perang Dunia Kedua, komputer elektronik baru mula muncul satu demi satu. Pada tahun 1948, orang Inggeris Kilburn dan Williams dari Universiti Manchester mencipta mesin MARK-1, di mana idea program tersimpan pertama kali dilaksanakan. Pada tahun 1947, Eckert dan Mauchly mengasaskan syarikat mereka, dan pada tahun 1951 mereka melancarkan pengeluaran bersiri mesin UNIVAC-1 mereka. Pada tahun 1951, MESM komputer Soviet pertama, Academician Lebedev, muncul. Akhirnya, pada tahun 1952, IBM mengeluarkan komputer perindustrian pertamanya, IBM 701. Semua mesin ini mempunyai banyak persamaan dalam reka bentuk mereka. Sekarang kita akan bercakap tentang prinsip umum operasi semua komputer generasi pertama ini. Komputer elektronik, seperti yang kita ketahui, telah membuat revolusi sebenar dalam aplikasi matematik untuk menyelesaikan masalah terpenting dalam fizik, mekanik, astronomi, kimia dan sains tepat lain. Proses-proses yang sebelum ini benar-benar mustahil untuk dikira mula agak berjaya disimulasikan pada komputer. Penyelesaian kepada sebarang masalah telah dikurangkan kepada langkah-langkah berurutan berikut: 1) berdasarkan makna fizik, kimia dan intipati lain dari mana-mana proses yang dikaji, masalah itu dirumuskan dalam bentuk formula algebra, persamaan pembezaan atau kamiran atau lain-lain. hubungan matematik; 2) menggunakan kaedah berangka, masalah itu dikurangkan kepada urutan operasi aritmetik mudah; 3) satu program telah disediakan yang menentukan susunan tindakan yang ketat dalam urutan yang ditetapkan. (Komputer menjalankan, pada dasarnya, prosedur yang sama seperti orang yang bekerja pada mesin tambahan, tetapi beribu-ribu atau berpuluh-puluh ribu kali lebih cepat.) Arahan program yang disusun telah ditulis menggunakan kod khas. Setiap arahan ini menentukan tindakan khusus pada bahagian mesin. Sebarang arahan, sebagai tambahan kepada kod operasi yang sedang dijalankan, mengandungi alamat. Biasanya terdapat tiga daripadanya - bilangan sel memori dari mana dua nombor awal diambil (alamat 1 dan 2), dan kemudian nombor sel di mana keputusan yang terhasil dihantar (alamat ke-3). Oleh itu, sebagai contoh, arahan +/17/25/32 menunjukkan bahawa nombor dalam sel ke-17 dan ke-25 harus ditambah dan hasilnya harus dihantar ke sel ke-32. Perintah unicast juga boleh digunakan. Dalam kes ini, untuk melakukan operasi aritmetik pada dua nombor dan menghantar hasilnya, tiga arahan diperlukan: perintah pertama memanggil salah satu nombor dari memori ke peranti aritmetik, arahan seterusnya memanggil nombor kedua dan menjalankan operasi yang ditentukan pada nombor, arahan ketiga menghantar hasilnya ke ingatan. Beginilah cara komputer beroperasi pada peringkat perisian. Proses pengiraan berjalan seperti berikut. Operasi komputer dikawal menggunakan kekunci dan suis elektronik, dipanggil litar logik, dan setiap kunci elektronik, apabila menerima isyarat nadi voltan kawalan, menghidupkan talian atau litar arus elektrik yang dikehendaki. Kunci elektronik yang paling mudah boleh menjadi tiub vakum tiga elektrod, yang dikunci apabila voltan negatif yang besar dikenakan pada gridnya, dan terbuka apabila voltan positif digunakan pada grid. Operasinya boleh diwakili sebagai injap kawalan yang melepasi nadi A melalui dirinya sendiri apabila nadi kawalan B digunakan pada input kedua. Apabila hanya terdapat satu nadi arus A atau B, injap ditutup dan nadi tidak melepasinya. pengeluaran. Oleh itu, hanya apabila kedua-dua nadi A dan B bertepatan dalam masa akan nadi muncul pada output. Litar ini dipanggil litar kebetulan, atau litar "dan". Bersama-sama dengannya, komputer menggunakan satu set keseluruhan litar logik lain. Sebagai contoh, litar "atau" yang menghasilkan nadi pada output apabila ia muncul pada baris A atau B atau serentak pada kedua-dua talian. Satu lagi litar logik ialah litar "tidak". Sebaliknya, ia melarang laluan nadi melalui injap jika nadi larangan lain digunakan serentak, mengunci lampu. Menggunakan dua litar ini, anda boleh membina penambah satu bit. Mari kita andaikan bahawa denyutan A dan B dihantar serentak ke litar "tidak" dan "dan", dan bas "jumlah" (wayar) disambungkan ke litar "tidak", dan bas "pindah" disambungkan ke litar "dan". Katakan bahawa input A menerima nadi (iaitu, satu), tetapi input B tidak. Kemudian "tidak" akan menghantar nadi ke bas "jumlah", tetapi litar "dan" tidak akan terlepas, iaitu, digit akan membaca "1", yang sepadan dengan peraturan penambahan binari. Mari kita andaikan bahawa input A dan B menerima denyutan secara serentak. Ini bermakna kod nombor A ialah "1" dan kod B juga ialah "1". Litar "tidak" tidak akan terlepas dua isyarat dan output "jumlah" akan menjadi "0." Tetapi litar "dan" akan membiarkannya melalui, dan akan ada nadi pada bas "pindah", iaitu, " 1” akan dipindahkan ke penambah bit bersebelahan. Dalam komputer pertama, elemen utama memori dan peranti penambahan aritmetik ialah flip-flop. Litar pencetus, seperti yang kita ingat, mempunyai dua keadaan keseimbangan yang stabil. Dengan memberikan nilai kod "0" kepada satu keadaan dan nilai kod "1" kepada yang lain, sel pencetus boleh digunakan untuk menyimpan kod buat sementara waktu. Dalam litar penjumlahan, apabila nadi digunakan pada input pengiraan pencetus, ia bergerak dari satu keadaan keseimbangan ke keadaan keseimbangan yang lain, yang selaras sepenuhnya dengan peraturan penambahan untuk satu digit binari (0+0=0; 0+1= 1; 1+0=1; 1+1 =0 dan pindahkan satu ke digit paling bererti). Dalam kes ini, kedudukan awal pencetus dianggap sebagai kod nombor pertama, dan nadi yang dibekalkan dianggap sebagai kod nombor kedua. Hasilnya dijana pada sel pencetus. Untuk melaksanakan litar penjumlahan untuk beberapa bit binari, adalah perlu untuk memastikan pemindahan unit dari satu bit ke bit yang lain, yang dijalankan oleh litar khas. Penambah adalah bahagian utama peranti aritmetik mesin. Penambah untuk penambahan selari kod nombor merentas semua digit sekali gus mempunyai seberapa banyak penambah satu digit kerana terdapat digit perduaan yang terkandung dalam kod nombor. Nombor tambahan A dan B memasuki penambah daripada peranti storan dan disimpan di sana menggunakan flip-flop. Daftar juga terdiri daripada beberapa pencetus yang saling berkaitan T1, T2, T3, T'1, T'2, dsb., di mana kod nombor dibekalkan daripada peranti rakaman secara selari untuk semua digit. Setiap flip-flop menyimpan kod satu digit, supaya n geganti elektronik diperlukan untuk menyimpan nombor dengan n digit binari. Kod nombor yang disimpan dalam daftar telah ditambah secara serentak untuk setiap digit menggunakan penambah S1, S2, S3, dsb., yang bilangannya adalah sama dengan bilangan digit. Setiap penambah satu bit mempunyai tiga input. Kod nombor A dan B daripada digit yang sama telah dibekalkan kepada input pertama dan kedua. Input ketiga berkhidmat untuk menghantar kod pemindahan daripada digit sebelumnya.
Hasil daripada menambah kod digit yang diberikan, kod jumlah diperoleh pada bas keluaran penambah, dan kod "1" atau "0" diperoleh pada bas "pindah" untuk dipindahkan ke digit seterusnya. Biarkan, sebagai contoh, anda perlu menambah dua nombor A=5 (dalam kod binari 0101) dan B=3 (dalam kod binari 0011). Apabila menambah nombor ini secara selari, kod A1=2, A3=1, A1=2, A0=3 dan B1=4, B0=1, B1=2, B1=3 masing-masing dibekalkan kepada input A0, A4 dan A0 penambah. Hasil daripada menjumlahkan kod digit pertama dalam penambah S1, kami memperoleh 1+1=0 dan kod pemindahan “1” ke digit seterusnya. Penambah S2 menjumlahkan tiga kod: kod A2, B2 dan kod pembawa daripada penambah sebelumnya S1. Hasilnya, kita mendapat 0+1+1=0 dan kod “1” untuk dipindahkan ke digit ketiga seterusnya. Penambah S3 menambah kod digit ketiga nombor A dan B dan kod pemindahan "1" daripada digit kedua, iaitu, kita akan mempunyai 1+0+1=0 dan sekali lagi membawanya ke digit keempat seterusnya. Hasil daripada menambah pada bas "jumlah", kami mendapat kod 1000, yang sepadan dengan nombor 8. Pada tahun 1951, Joy Forrester membuat penambahbaikan penting dalam reka bentuk komputer, mematenkan memori pada teras magnet yang boleh mengingati dan menyimpan denyutan yang digunakan padanya selama yang dikehendaki.
Teras dibuat daripada ferit, yang diperoleh dengan mencampurkan oksida besi dengan kekotoran lain. Terdapat tiga belitan pada teras. Belitan 1 dan 2 berfungsi untuk mengmagnetkan teras dalam satu arah atau yang lain dengan menggunakan denyutan kekutuban yang berbeza padanya. Penggulungan 3 ialah penggulungan keluaran sel, di mana arus diaruhkan apabila teras dimagnetkan semula. Dalam setiap teras, dengan memanetkannya, rekod satu nadi disimpan, sepadan dengan satu digit nombor. Daripada teras yang disambungkan dalam susunan tertentu, ia sentiasa mungkin untuk memilih nombor yang dikehendaki dengan kelajuan yang tinggi. Jadi, jika isyarat positif digunakan melalui belitan teras, maka teras itu dimagnetkan secara positif; dengan isyarat negatif, kemagnetan adalah negatif. Oleh itu, keadaan teras dicirikan oleh isyarat yang dirakam. Apabila membaca, isyarat kekutuban tertentu, contohnya positif, dibekalkan melalui penggulungan. Jika sebelum ini teras bermagnet secara negatif, maka pembalikan magnetisasinya berlaku - dan arus elektrik timbul dalam penggulungan keluaran (mengikut undang-undang aruhan elektromagnet), yang dikuatkan oleh penguat. Jika teras bermagnet secara positif, maka tiada perubahan dalam keadaannya - dan tiada isyarat elektrik timbul dalam belitan output. Selepas persampelan kod, adalah perlu untuk memulihkan keadaan asal teras, yang dijalankan oleh litar khas. Peranti storan jenis ini membenarkan nombor diambil dalam beberapa mikrosaat. Sebilangan besar maklumat disimpan pada media luaran, seperti pita magnetik. Merakam denyutan elektrik di sini adalah serupa dengan merakam bunyi pada perakam pita: denyutan semasa disalurkan melalui kepala magnet, yang mengmagnetkan tempat yang sepadan dengan pita hantaran. Apabila membaca, medan magnetisasi sisa, melepasi di bawah kepala, mendorong isyarat elektrik ke dalamnya, yang dikuatkan dan memasuki mesin. Dengan cara yang sama, maklumat telah direkodkan pada dram magnet yang disalut dengan bahan feromagnetik. Dalam kes ini, maklumat boleh didapati dengan lebih cepat. Pengarang: Ryzhov K.V.
▪ Api ▪ Karaoke
Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
▪ Arus Teluk menjadi perlahan akibat pemanasan global ▪ ADC dan DAC dalam codec audio boleh beroperasi secara serentak pada frekuensi yang berbeza ▪ Siri jam tangan pintar pelbagai sukan Garmin fenix 5 baharu
▪ bahagian laman web Bagi mereka yang suka melancong - petua untuk pelancong. Pemilihan artikel ▪ artikel oleh Chanakya Pandit. Kata-kata mutiara yang terkenal ▪ artikel Apakah ikan terbaik dan mengapa ia dipanggil begitu? Jawapan terperinci ▪ artikel oleh Chilibukh. Legenda, penanaman, kaedah aplikasi ▪ artikel Analog boleh laras dinistor. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik ▪ artikel Siang dari bateri. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik
Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web
www.diagram.com.ua |
Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian 
Lihat artikel lain bahagian 
Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:
Semua bahasa halaman ini