close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

FreeBASIC3

код для вставкиСкачать
Пособие для начинающих программировать на языке высокого уровня FreeBASIC. Работа состоит из нескольких глав. Фрагмент 3 "Некое техническое устройство" лежит несколько в стороне от общей темы, но может быть интересно для учащихся школ, студентов инс
 1
Евгений Рыжов, инженер
Программирование на языке FreeBASIC
пособие для начинающих
Пособие для начинающих программировать на языке высокого уровня FreeBASIC.
Работа состоит из нескольких глав. Фрагмент 3 "Некое техническое устройство"
лежит несколько в
стороне от общей темы, но может быть интересно
для учащихся школ, студентов институтов, а также преподавателей.
Фрагмент 3. Некое техническое устройство.
Важной практической функцией "сознания" и "мысли" является то, что они позволяют нам действов
ать с учетом вещей, удаленных от нас во времени и пространстве
, несмотря на то, что в настоящий момент они не воздействуют на наши органы чувств.
Бертран Артур Уильям Рассел (1872
—
1970)
английский математик, философ и
общественный деятель.
На время отвл
ечемся от программирования на языке FreeBASIC...
2
1.
Два вида машин.
Посвятим этот фрагмент машинам. Машина -
это некоторое техническое устройство
для усиления человеческих возможностей. По функциональному назначению можно выделить два вида машин:
"энерг
етические"
, которые служат для преобразования энергии с целью помочь человеку в физическом труде, например, "паровая машина";
"информационные"
, которые служат для обработки информации с целью помочь человеку в умственном труде, например, "вычислительная ма
шина".
Подобно тому, как изобретение "паровой машины" способствовало развитию крупной промышленности, изобретение "вычислительной машины" способствовало развитию мировой информационной среды.
Изобретение этих машин становилось каждый раз поворотным момен
том всеобщей истории человечества.
Машина -
это некоторое техническое устройство...
3
1.1.
Об "энергетических" машинах буквально два слова...
На рубеже XVII
-
XVIII веков появились предпосылки к замене маломощных и неэффективных живых "двигателей"
, ветряных мельниц и водяных колес на механизмы совершенно нового типа —
паровые машины. Именно паровые двигатели сделали возможным свершение промышленной революции и достижение современного уровня развития техники
. Считается, что первую паровую машину изо
брел шотландский механик Джеймс Уатт
(James Watt; 1736 —
1819) —
ведь не зря же его именем названа международная единица мощности Ватт! Однако в действительности Уатт сделал массу усовершенствований и предложил новый тип двигателя, а история паровых машин берет свое начало гораздо раньше. Использование пара для приведения в действие механизма впервые описано древнегреческим ученым Героном Александрийским
, работавшим примерно в I веке н.э. Именно Героном был изобретен знаменитый "
Эолипил
"
(или "шар Эола") —
закрепленная на оси сфера с выходящими из нее форсунками. Шар, наполненный водой, нагревался на огне, а выходящий из форсунок пар приводил сферу во вращение...
1.2.
Об "информационных" машинах можно говорить долго,
но ничего не сказать...
Говоря о "дух
овных" и "материальных" ценностях нельзя не отметить, что процесс производства конкретных вещных (состоящих из вещества, осязаемых) продуктов труда (процесс материального производства) можно мысленно разложить на три последовательные стадии:
Первая стадия –
исследование и познание человеком объективного мира.
Вторая стадия –
создание проектов вещей и схем процессов производства.
Третья стадия -
непосредственное вещное производство.
На третьей стадии "информационный поток" соединяется с "вещественно
-
энергет
ическим" потоком. Но что главное –
на всех трех стадиях сегодня ведущую роль играет умелое использование "информационных" машин
.
Анатолий Алексеевич Дородницын
В умных книжках пишут, что ХХI век будет веком "информатики". Информатика —
это обширнейшая о
бласть человеческой деятельности. Она состоит, в свою очередь, из трех взаимообусловленных частей: технических, программных и алгоритмических средств. Бурное развитие информатики связывают зачастую с появлением и развитием электронной техники и средств свя
зи, объединяя их термином "hardware"
, но без программного обеспечения —
"software"
—
машины никому не нужны.
О третьей составляющей —
алгоритмическом обеспечении часто просто забывают (будем вспоминать во "фрагментах"). Эта часть была уже ранее разработан
а для численного 4
решения многих практических задач -
программы для ЭВМ составляются в основном для уже имеющихся алгоритмов. Действительно, при наличии алгоритма составление для него программы это, как правило, вопрос времени, а разработка самого алгоритма
—
более трудный и творческий процесс. Академик Анатолий Алексеевич Дородницын (1910 —
1994) —
советский математик, геофизик и механик, неоднократно предлагал ввести термин "brainware"
для третьей —
алгоритмической части информатики, чтобы о ней не забывал
и.
2.
Аналоговые и цифровые машины
Любая "информационная" машина состоит как минимум из трех блоков
:
Устройство ввода/вывода;
Устройство хранения данных;
Устройство обработки данных.
Если абстрагироваться от "несущественных" деталей, то из тех же трех
блоков (исторически под другими названиями) состоит и "энергетическая" машина... Но, это так, к слову...
В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины подразделяют на два основных класса: аналоговые и цифровые
.
2.1.
Аналоговы
е вычислительные машины
Аналоговая вычислительная машина (
АВМ
) –
это вычислительное устройство для воспроизведения (моделирования) определенных зависимостей (соотношений) между непрерывно изменяющимися физическими величинами (машинными переменными) –
анал
огами соответствующих исходных переменных решаемой задачи. В АВМ данные вводятся, хранятся и обрабатываются в виде непрерывных значений физических величин (тока, напряжения, давления и т.д.). К первому аналоговому вычислительному устройству относят логариф
мическую линейку. Следующей разновидностью аналоговых вычислительных устройств стали графики и номограммы. Первая механическая вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений при проектировании кораблей была построена А.Н.Крыловым
в 1904. В ос
нову её была положена идея интеграфа —
аналогового интегрирующего прибора, разработанного польским математиком Абданк
-
Абакановичем
(1878) для получения интеграла произвольной функции, вычерченной на плоском графике. Толчком к развитию электронных АВМ послу
жила разработка в США в 1944 Расселом (Манхэттенский проект) решающего усилителя
(РУ) постоянного тока (напряжения). С использованием этого узла в СССР в 1949 под руководством В.Б.Ушакова, В.А.Трапезникова, В.А.Котельникова, С.А.Лебедева был построен ряд т
иражируемых АВМ. Эти работы положили начало развитию современной аналоговой вычислительной техники в СССР.
Принимая во внимание важное стратегическое значение автоматизации вычислительных работ для укрепления обороноспособности страны и развития всего нар
одного хозяйства, в конце 1948 при Московском заводе САМ
было организовано специальное конструкторское бюро № 245
по разработке и внедрению в производство средств вычислительной техники для управления оборонными объектами. В начале 5
1949 был организован нау
чно
-
исследовательский институт счетно
-
аналитических и математических машин НИИ "Счетмаш"
. Руководство двумя вновь созданными предприятиями было возложено на директора Московского завода САМ Лесечко Михаила Авксентьевича
. В мае 1957 в состав НИИ "Счетмаш" б
ыл переведен из СКБ
-
245 отдел аналоговой техники во главе с начальником отдела Ушаковым Валентином Борисовичем
. С этой даты в институте стало функционировать два научно
-
технических направления -
цифровое и аналоговое.
Используя тот факт, что многие явлени
я в природе математически описываются одними и теми же уравнениями (как правило, дифференциальными), аналоговые вычислительные машины позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные другие процессы
. В рамках второго научно
-
техническо
го направления в состав НИИ "Счетмаш" начались работы в области моделирующих устройств.
Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, охваченный глубокой отрицательной обратной связью. С помощью различных комбинаций электрических емкостей и сопротивлений на входе усилителя и в цепи его обратной связи реализуются решающие усилители (РУ), позволяющие организовать следующие математические операции
над непрерывными величинами, представленными в виде напряжений постоянного тока:
умножение на постоянный коэффициент,
изменение знака (инвертирование в аналоговом смысле),
алгебраическое сложение,
интегрирование (во времени),
дифференцирование (во времени).
Настольная АВМ МН
-
7
С 1954 новые АВМ пол
учают название "моделирующие установки нелинейные" (МН). В 1955 начался выпуск АВМ МН
-
7
–
настольной АВМ 6
-
го порядка (Петров Г.М., Скачкова А.И., Попов В.А., Точилов В.Д.), самой массовой аналоговой машины. В 1960 была выпущена АВМ МН
-
14
–
прецизионная АВ
М 20
-
го порядка, а в 1963 –
МН
-
17
, близкая к ней по параметрам. Обе модели были разработаны Г.М.Петровым, Е.П.Басовым, В.А.Поповым, Г.Н.Сабаевым, Г.В.Москаленко, В.Д.Точиловым под руководством В.Б.Ушакова. На базе аппаратуры МН
-
14 в 1961 выпускается мощная
АВМ 40
-
го порядка "Байкал"
для моделирования в атомной энергетике, в 1962 на той же базе разработана АВМ 40
-
го порядка "Катализ"
для моделирования химических процессов. Указанные выше АВМ -
ламповые машины, работали с сигналами напряжением от -
100 В до +1
00 В. Погрешности решающих элементов не превышали: 0,1% для задания постоянных коэффициентов и операций суммирования и интегрирования, 0,2
-
0,3% для операций перемножения, 0,5
-
0,8% для нелинейных преобразований.
6
С 1965 начался серийный выпуск аналоговых выч
ислительных комплексов первого поколения АВК
-
1
. Главным конструктором комплексов был к.т.н. Беляков В.Г. В АВК
-
1 (годы выпуска 1965
–
1968) были использованы прецизионные ламповые операционные усилители (ОУ), расположенные вне решающих блоков. При конструиро
вании АВК
-
1 предусматривалась возможность легкой замены ламповых усилителей на полупроводниковые. При появлении в конце 60
-
х годов надежных высоковольтных транзисторов с малыми токами утечки были разработаны прецизионные полупроводниковые ОУ со 100
-
вольтов
ой шкалой, которые были введены в АВК
-
1 вместо ламповых без снижения точности решающих блоков. АВМ АВК
-
2 по точности и стабильности соответствовали лучшим зарубежным АВМ EAJ
-
8800 (США), Hitachi
-
505 (Япония), Solartron
-
7 (Англия). АВК
-
2 и
АВК
-
3
выпускались серийно Кишиневским заводом "Счетмаш". В 1974 модель АВК
-
2 на осенней Лейпцигской ярмарке была награждена золотой медалью. В 1984 за создание АВК
-
2 и АВК
-
3 главному конструктору Белякову В.Г. и группе разработчиков была присуждена Государственная премия СС
СР.
Интересные работы по оптимизации технологических процессов и управления ими были выполнены с использованием программируемого комплекса "КОМПАС"
. В состав комплекса входят аналоговая машина АВК
-
6 (последняя серия отечественных АВМ) и цифровая машина ти
па IBM PC с необходимыми интерфейсным модулем и устро
йствами связи с объектом (УСО).
Вид схемы на экране ПЭВМ комплекса "КОМПАС"
7
Моделирование в реальном времени
служит критерием правильности и точности математического описания динамических процессов, пр
отекающих в реальных объектах. Трансформация временных масштабов позволяет расширить круг изучаемых явлений и математических методов их исследования. Для работы с комплексом "КОМПАС" не требуется знание языков программирования. Исследование динамики систем
с помощью программы "КОМПАС" в общих чертах осуществляется по следующей схеме: на экране ПЭВМ с помощью манипулятора "мышь" из графических образов типовых звеньев библиотеки "рисуются" обычные часто используемые в теории автоматического управления структу
рные схемы исследуемой системы, затем задаются числовые значения параметров звеньев. Корпус АВК
-
6 представляет собой каркас с четырьмя отсеками. Каждый блок, модуль вставляется в свой отсек и винтами крепится к корпусу комплекса. Центральное место занимает
аналоговая вычислительная машина МЭМ
-
6, в которую входят служебные модули, блок и монтажное поле со сменными решающими модулями. Монтажное поле состоит из распределительной платы с направляющими штырями и контактами.
2.2.
Цифровые вычислительные машины
Замечание:
Программируемая (цифровая или аналоговая) машина (изделие), предназначенная для автоматизации некоторых "умственных функций"... Осталось только сформулировать, что есть "умственная функция"...
Из трех разноязычных вариантов названия изделия:
"
вычислитель" –
Computer (анг);
"вычислитель" –
Rechner (нем);
"упорядочиватель" –
Ordinoteur (фрн);
предпочел бы французский вариант как наиболее точно отражающий назначение изделия. В настоящее время большая часть вычислительных машин на самом деле ничего
не вычисляет!
2.2.1.
Общие замечания
Цифровая вычислительная машина оперирует данными, представленными в дискретном виде. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на цифровых вычислите
льных машинах различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому если аналоговые вычислительные машины обычно предназначены для решения определенного класса задач
(например, "Задача Коши" —
нахождение решени
я дифференциального уравнения с начальными условиями), т.е. являются специализированными, то цифровой компьютер, как правило, универсальное вычислительное средство.
Самые ранние компьютеры были полностью механическими системами. Тем не менее, уже в 1930
-
х
годах телекоммуникационная промышленность предложила разработчикам новые, электромеханические компоненты (реле), а в 1940
-
х были созданы первые полностью электронные компьютеры, имевшие в своей основе электронные лампы. В 1950
—
1960
-
х годах на смену лампам
пришли транзисторы, а в конце 1960
-
х —
начале 1970
-
х годов —
используемые и сегодня полупроводниковые интегральные схемы (кремниевые чипы). Привычная схема современного персонального компьютера приведена на рисунке ниже
.
8
На схеме обозначено:
A. Материнс
кая плата;
B. Процессор;
C. Оперативная память;
D. Интерфейс ATA/SATA;
E. Карты расширений (видео, аудио, сеть);
F. Жесткий (системный) диск;
G. Оптический дисковод (CD, DVD);
H. Блок питания;
I. Монитор;
J. Клавиатура;
K. Компьютерная мышь;
L. Устройство аудио ввода
-
вывода.
Такое "привычное совершенство"
достигнуто трудами многих поколений инженеров, начиная с первого удачного цифрового (дискретного) устройства, 9
называемого "счеты", которое применяли во всех уголках планеты на протяжении, по меньшей мере,
5 тысяч лет и применяют по сей день. История очень интересная, но за недостатком времени, опустим древние времена и начнем с изделий, которые более или менее подходят под понятие "компьютер". К слову, сам термин "компьютер" впервые пустил в обращение Алан
Матисон Тьюринг
(Alan Turing; 1912 –
1954). До этого так называли тех, кто занимался вычислениями, например, банковских служащих, работавших на арифмометре.
Так вот "компьютер" представляет собой комплекс технических устройств, осуществляющих автоматичес
кую обработку данных в соответствии с заданным алгоритмом.
Под автоматической обработкой данных понимаются процессы ввода и вывода данных, выполнение последовательностей арифметических и логических операций по заданной программе над цифровыми кодами, храня
щимися в памяти. Таким образом, основные принципы организации "компьютера"
такие:
принцип программного управления
, обеспечивающий автоматическое решение задачи согласно выбранному алгоритму по составленной программе. Программа представляет собой последова
тельность команд, указывающих, какие действия и в какой очередности необходимо выполнять над исходными данными и промежуточными результатами, чтобы получить конечный результат;
принцип хранимой программы
, в соответствии с которым коды команд программы запи
сываются в память компьютера и хранятся в ней так же, как и другие цифровые коды, например числа.
Оставим "на потом" попытку точно ответить на вопрос: "Что представлял собой первый компьютер, и кто построил его?"
–
это займет все отведенное нам время. Вед
ь нужно, как минимум, уточнить, какими свойствами должно обладать некое техническое устройство, чтобы иметь право называться "компьютер"... Для справок можно обратиться к статье Марка Бредера "Хронология вычислительных машин"
(перевод с англ. –
Виталий Ков
аленко) на сайте Электронная библиотека "Наука и техника":
http://n
-
t.ru/tp/it/hvm.htm
2.2.2.
Некоторые важные "вехи"
Принято считать, что самым первой программируемой машиной был 1500
-
ламповый "Колосс"
, спр
оектированный членом Британского королевского общества профессором Максом X.А.Ньюменом и построенный Т.X.Флауэрзом. Машина начала действовать в декабре 1943 в Блетчли
-
Парк, Великобритания. Ее использовали во время войны исключительно для расшифровки кодов немецкой шифровальной машины "Энигма" (Машина Лоренца). Создание стало возможным благодаря идеям, высказанным доктором Аланом Тьюрингом в работе "О вычисляемых числах применительно к проблеме выбора решений". Программировалась машина посредством перестанов
ки штекеров и соединительных кабелей
. "Колосс" был рассекречен лишь 25 октября 1975.
В Америке первой программируемой машиной был "Марк I"
(Automatic Sequence Controlled Calculator —
автоматический вычислитель, управляемый последовательностями). Он послед
овательно считывал и выполнял инструкции с 10
перфорированной бумажной ленты
. Машина не умела выполнять условные переходы, из
-
за чего каждая программа представляла собой довольно длинный ленточный рулон. "Марк I" разработан и построен в 1941 по контракту с IB
M молодым гарвардским математиком Говардом Эйкеном и еще четырьмя инженерами этой компании на основе идей англичанина Чарльза Бэббиджа. После успешного прохождения первых тестов в феврале 1944 года машина была перенесена в Гарвардский университет и формаль
но запущен там 7 августа 1944.
Принято считать, что самой первой машиной с программой
, хранимой в памяти
, была машина "ЭДСАК"
, разработанная под руководством Мориса Уилкса в Кембриджском университете (Англия) в 1949. Она имела запоминающее устройство на 5
12 ртутных линиях задержки. Время выполнения сложения было 0,07 мс, умножения -
8,5 мс.
Следует упомянуть машину Атанасова —
Берри
(Atanasoff
-
Berry Computer, ABC
) —
первую вычислительную машину "без движущихся частей". Задуманная в 1937, машина не была пр
ограммируемой, и разрабатывалась только в целях решения систем линейных уравнений. В 1942 году она была успешно протестирована. Работа Джона Атанасова и Клиффорда Берри над вычислительной машиной долгое время не была широко известна, пока в 1960
-
х годах он
а не всплыла в ходе конфликта по поводу первого появления электронного компьютера. Было определено, что первым компьютером в современном смысле этого слова является "ЭНИАК", однако в 1973 году Федеральный районный суд США постановил отозвать патент "ЭНИАК"
и заключил, что ABC является первым "компьютером"
.
Перечисление нельзя считать полным без упоминания гениального русский математика и механика Чебышёва Пафнутия Львовича (1821 —
1894). Его работа "О функциях, наименее уклоняющихся от нуля" как по сущност
и вопроса, так и по методу решения, уже является поводом для упоминания Чебышева.
Чебышёв Пафнутий Львович
В течение сорока лет Чебышев принимал активное участие в работе военного артиллерийского ведомства и работал над усовершенствованием дальнобойности
и точности артиллерийской стрельбы. В результате построена новой модель суммирующей машины и передача ее (1878) в Парижский музей искусств и ремесел, а затем создание множительно
-
делительной приставки к суммирующей машине. Эта приставка также была передан
а в музей в Париже (1881). Механизмы, большей частью уникальные, созданные Чебышевым представлены на сайте: http://tcheb.ru/
В 1856
году
Пафнутий Львович формулирует свою философскую установку
в докладе "Черчение географических карт" на торжественном 11
акте
в Петербургском университете: "
Науки математические
с самой глубокой древности обращали на себя особенное внимание; в настоящее время они получили еще больше интерес по влиянию своему на искусства и промышленность. Сближение теории с практикой дает самые благоприятные результаты, и не только одна практика от этого выигрывает; сами науки развиваются под влиянием ее: она открывает им новые предметы для исследований или новые стороны в предметах, давно известных. Несмотря на ту высокую степень развития, до ко
торой доведены науки математические трудами великих геометров трех последних столетий, практика обнаруживает ясно неполноту их во многих отношениях; она предлагает вопросы существенно новые для науки и таким образом вызывает на изыскание совершенно новых м
етодов. Если теория много выигрывает от новых приложений старой методы или от новых развитий ее, то она еще более приобретает открытием новых метод, и в этом случае науки находят себе верного руководителя в практике".
В 1946 Джон фон Нейман
на основе крит
ического анализа конструкции машины "ЭНИАК" предложил ряд новых идей организации цифровых машин. Кратко принципы фон Неймана таковы:
Машина должна быть полностью электрической, в ней не должны присутствовать механические элементы;
В основу логических схем
должна быть положена двоичная система счисления;
Архитектура ЭВМ должна состоять из следующих основных элементов: памяти, арифметико
-
логического устройства, устройства управления, устройства ввода
-
вывода;
Память должна иметь адресное строение, возможность
непосредственного обращения к любой ячейке памяти;
Команды должны выполняться в том порядке, в каком они записаны в памяти;
Вся информация (данные и программы) должна храниться в памяти.
Теперь все технические устройства, претендующие на звание "компьюте
р", должны согласовываться с этими принципами, а их архитектура –
называться "фон неймановской"
. Правда, сегодня существуют и великолепные технические устройства заслуживающие звание "компьютер", но имеющие "не фон неймановскую"
архитектуру...
Вторая поло
вина нашего века подарила человечеству целый фейерверк замечательных достижений в области цифровой электронной вычислительной техники. Ее становление и развитие шло необыкновенно быстрыми темпами. Кем
-
то образно сказано: "Е
сли бы летательные аппараты совер
шенствовались так же быстро, как развивались ЭВМ, то через две недели после полета братьев Райт человек мог бы полететь на Луну
"!
Такие грандиозные темпы развития объясняются громадной потребностью современного человеческого общества в мощных технических с
редствах автоматизации интеллектуального труда, связанного в первую очередь с обработкой информации.
После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Этот эмпирический факт, замеченный в 1965 году соучредителем компании
Intel
Гордоном Е. Муром, назвали по его имени Законом Мура
. Столь же стремительно развивается и процесс миниатюризации компьютеров. Первые электронно
-
вычислительные машины были огромными устройствами, весящими тонны, занимавшими целые комнаты и требовавши
ми большого количества 12
обслуживающего персонала для успешного функционирования. Они были настолько дороги, что их могли позволить себе только правительства и большие исследовательские организации, и представлялись настолько экзотическими, что казалось, буд
то небольшая горстка таких систем сможет удовлетворить любые будущие потребности. В контрасте с этим, современные компьютеры —
гораздо более мощные и компактные и гораздо менее дорогие —
стали воистину вездесущими.
2.2.3.
Их должен знать каждый
...
Попр
обуем вспомнить тех, кто формировал концепцию и обеспечивал прорыв в этой интереснейшей истории развития технологий. Среди них, безусловно, Чарльз Бэббидж (1791 —
1871) —
английский математик, изобретатель первой аналитической вычислительной машины. Иностр
анный член
-
корреспондент Императорской академии наук в Санкт
-
Петербурге (1832). Беббидж продумал и начал разработку "Аналитической Машины" (1834). Она не стала первым в мире компьютером -
в "Аналитической Машине" отсутствовало одно основное свойство сегодн
яшних компьютеров: "концепция хранимой программы", которая необходима для того, чтобы считать вычислительную машину компьютером.
Разработчик Аналитической Машины Чарльз Бэббидж
Августа Ада Кинг
(урождённая Байрон), графиня Лавлейс (обычно упоминается пр
осто Ада Лавлейс
; 1815 –
1852, единственный законнорожденный ребенком английского поэта Джорджа Гордона Байрона) —
англичанка
-
математик, известна, прежде всего, созданием описания вычислительной машины Бэббиджа (1842). Составила первую в мире программу (дл
я этой машины). Ввела в употребление 13
термины "цикл" и "рабочая ячейка", считается первым программистом. В 1975 году Министерство обороны США приняло решение о начале разработки универсального языка программирования. Министр прочитал подготовленный секретар
ями исторический экскурс и без колебаний одобрил и сам проект, и предполагаемое название для будущего языка —
"Ада" (1980 был утвержден стандарт языка).
Первый программист Ада Лавлейс
Во многом предвосхитил направление развития цифровой техники Конра
д Цузе
(Konrad Zuse; 1910 —
1995) —
немецкий инженер, создатель первого действительно работающего программируемого компьютера (1941) и первого языка программирования высокого уровня (1945).
Инженер Конрад Цузе
В 1935 году Цузе получил диплом инженера в Б
ерлинской высшей технической школе в Шарлоттенбурге, которая сегодня носит название Берлинского технического университета. После ее окончания он поступил работать на авиационную фабрику Эрнста Хейнкеля, но проработав всего лишь год, уволился, вплотную заня
вшись созданием программируемой счетной машины. Поэкспериментировав с десятичной системой счисления, молодой инженер предпочел ей двоичную. В 193
7
появилась первая действующая разработка Цузе, названная им "
Z1
"
. Это был двоичный механический вычислитель с электрическим приводом и ограниченной возможностью программирования при 14
помощи клавиатуры.
Берлинския разработка Конрада Цузе машина "
Z1
"
12 мая 1941 в Берлине Цузе представил ученому миру знаменитый компьютер "
Z3
"
. Успех демонстрации был огромен -
не случайно именно "
Z3
"
считается первым работоспособным, свободно программируемым компьютером в мире
(его "конкуренты", "Mark I" и "ENIAC" появились после 1943). Первые три машины –
"
Z1
"
, "
Z2
"
и "
Z3
"
, были уничтожены в ходе бомбардировок Берлина в 1944 году.
На долю "
Z4
"
, в отличие от предшественников, выпала "завидная судьба". Компания Цузе готовила "
Z4
"
для серийного производства, однако страх перед бомбежками вынудил не окончательно отлаженный компьютер вывезти из Берлина. Его планировали спрятать в подзем
ной фабрике в Нордхаузене, где собирались ракеты "Фау", но, когда Цузе увидел тысячи заключенных, работавших в нечеловеческих условиях, он отверг это место и "
Z4
"
перевезли в баварские Альпы, в деревню Оберох. Именно для этого компьютера Цузе разработал пе
рвый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им "Планкалкюль"
-
программу Цузе рассматривал как некий план, отсюда и название языка ("исчисление планов"). "Планкалкюль" поддерживал операции назначения, вызов подпрограмм, условные операторы,
итерационные циклы, арифметику с плавающей запятой, массивы, иерархические структуры данных, утверждения, обработку исключений и многие другие вполне современные средства языков программирования.
Цузе описал возможности языка "Планкалкюль" в отдельной бр
ошюре. Там же он описал возможное применение языка для сортировки чисел и выполнения арифметических операций. Кроме того, Цузе составил 49 страниц программ на "Планкалкюле" для оценки шахматных позиций. Позже он писал, что ему было интересно проверить эффе
ктивность и универсальность "Планкалкюля" в отношении шахматных задач. Работа в отрыве от других специалистов Европы и США привела к тому, что лишь незначительная часть его работы стала известной. Полностью работа Цузе была издана лишь в 1972 году. И вполн
е возможно, что если бы язык 15
"Планкалкюль" стал известен раньше, пути развития компьютерной техники и программирования могли бы измениться.
Доступен т
екст работы Конрада Цузе на
сайте института Цузе в Берлине:
http
://
www
.
zib
.
de
/
zuse
/
Inhalt
/
Texte
/
Chrono
/40
er
/
Pdf
/0233.
pdf
Машина "
Z4
"
–
программируемый компьютер
Справка:
Институт Цузе в Берлине -
исследовательский институт прикладной математики и информатики, его девиз: "Быстрые
алгоритмы –
Быстрые Компьютеры" и сотрудники института в своей повседневной работе стремятся ему следовать, внося большой вклад в решение очень сложных проблем в науке, технике, экологических и социальных проблем.
2.2.
4
.
Компьютеростроение в СССР
Перв
ые десятилетия после Великой Отечественной войны развитие компьютеростроения в СССР связано с замечательной плеядой ученых -
первосоздателей отечественной цифровой электронной вычислительной техники -
С.А.Лебедева, И.С.Брука, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Н.Я
.Матюхина, М.А.Карцева и других.
Следует отметить, что становление и развитие вычислительной техники в СССР шло в послевоенные годы в условиях отсутствия контактов с учеными Запада: разработка ЭВМ за рубежом велась в условиях секретности, поскольку первые 16
цифровые электронные машины предназначались, в первую очередь, для военных целей.
С именами основоположников цифровой электронной вычислительной техники связаны исторически важные события:
организация первой в СССР вычислительной лаборатории, прообраза бу
дущих вычислительных центров (И.Я.Акушский, 1941);
разработка первого в СССР проекта цифровой электронной вычислительной машины (И.С.Брук, Б.И.Рамеев, август 1948);
обоснование принципов построения ЭВМ с хранимой в памяти программой, независимо от Джона фо
н Неймана (С.А.Лебедев, октябрь 1948)
;
первый пробный пуск макета малой электронной счетной машины МЭСМ (С.А.Лебедев, ноябрь 1950);
приемка Государственной комиссией МЭСМ -
первой в СССР и континентальной Европе ЭВМ, запущенной в регулярную эксплуатацию (С
.А.Лебедев, 1951)...
К этому можно добавить, что основные универсальные и специализированные отечественные ЭВМ первого и второго поколений разрабатывались исключительно по оригинальным проектам отечественных специалистов
.
В середине 60
-
годов прошлого век
а в СССР в области вычислительной техники выявился ряд проблем
, а именно:
количество выпускаемых ЭВМ было явно недостаточным;
производились десятки различных несовместимых друг с другом моделей ЭВМ, что затрудняло решение крупных вычислительных и организац
ионных задач;
слабое развитие базы для производства полупроводниковых элементов для ЭВМ;
жесткая ориентация ЭВМ исключительно на выполнение численных расчетов и в меньшей степени на управление процессами и передачу данных;
значительное отставание в области
системного программирования, отсутствие операционных систем, программирование в машинных кодах;
бедность периферийного оборудования.
Стала очевидн
ой
необходимость "большого скачка"
—
перехода к массовому производству небольшого числа унифицированных ЭВМ,
оснащенных большим количеством стандартизированного программного обеспечения и периферийного оборудования. Ниже приведены краткие сведения о трех союзных министерствах, имеющих "профильные главки" по вычислительной технике.
Страна должна знать своих "геро
ев"!
МИНПРИБОР
-
Министерство приборостроения средств автоматизации и систем управления СССР, образовано 2 октября 1965, руководители:
Руднев Константин Николаевич (1965 –
1980),
Шкабардня Михаил Сергеевич (1980 –
1989).
РАДИОПРОМ
-
Министерство радиопро
мышленности СССР, образовано 2 марта 1965 на базе Государственного комитета по радиоэлектронике СССР, руководители:
Калмыков Валерий Дмитриевич (1965 –
1974),
Плешаков Петр Степанович (1974 –
1987),
Шимко Владимир Иванович (1987 –
1991).
17
ЭЛЕКТРОНПРОМ
-
Мин
истерство электронной промышленности СССР, образовано 2 марта 1965 на базе Государственного комитета по электронной технике СССР, руководители:
Шокин Александр Иванович (1965 –
1985),
Колесников Владислав Григорьевич (1985 –
1991).
21 марта 1986 был даже образован Госкомитет по вычислительной технике и информатике
(ГКВТИ), возглавляемый Николаем Васильевичем Горшковым (1986 —
1989) и позже Борисом Леонтьевичем Толстых (1989 –
1991). Вычислительной техникой и информатикой уже занимались, как докладывали нав
ерх, крупные институты при Госплане, при Госкомгидромете, при Минавтопроме, при Госкомстате, при Госкомитете по науке и технике... Беда в том, что все неглупые люди в этих структурах и, прежде всего министры, не смогли воспользоваться преимуществами социал
изма (как в свое время И.В.Сталин при создании ракетной и атомной техники) и поощряли два качества –
самоуверенность и протекционализм, создавшие в стране условия для "противоестественного" отбора... "Сильный шаг" –
развертывание в стране двух крупных прог
рамм:
ЕС ЭВМ
(Единая система электронных вычислительных машин) —
советская серия компьютеров, аналогия серий System/360 и System/370 фирмы IBM, созданных в начале 1970
-
годов. Программно и аппаратно машины были совместимы со своими американскими прообразам
и.
СМ ЭВМ
(Система малых электронных вычислительных машин) —
советское семейство персональных и управляющих ЭВМ, созданных в конце 1970
-
годов в ходе международной программы, аналогия серий HP
-
2000 (Hewlett
-
Packard) и PDP
-
11 и VAX
-
11 (Digital Equipment Cor
poration), IBM
-
5150 (International Business Machines). Программно и аппаратно машины были совместимы со своими американскими прообразами.
На фоне этих грандиозных программ даже смешно вспоминать великолепную отечественную машину БЭСМ
-
4
, которая была введе
на в строй в 1962 году. Внедрение ее в народное хозяйство было осуществлено специальным конструкторским бюро ИТМиВТ АН СССР и заводом им. Володарского (г. Ульяновск). Принципиальные особенности ЭВМ: использование исключительно полупроводниковых элементов и
работа с удаленными объектами (различными устройствами, в том числе и ввода
-
вывода) по множеству каналов передачи данных со скоростями передачи информации до 2400 бит/с. Это предвосхитило развертывание глобальной сети интернет и разработку концепции "Обла
чных вычислений".
Вычислительные машины принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна, прежде всего, быстрота смены поколений -
за ее короткую историю сменилось четыре поколения и сейчас используются компьютеры пятого поколения. Конечно
, деление компьютерной техники на поколения —
весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером. Принято различать поколения ЭВМ
:
1
-
поколение 1946
-
1958
-
ламповые ЭВМ,
2
-
по
коление 1958
-
1964
—
полупроводниковые ЭВМ,
3
-
поколение 1964
-
1972
-
ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах,
4
-
поколение 1972
-
1990
—
ЭВМ с элементной базой на БИС и СБИС.
18
К первому поколению относят
следующие отечественные ЭВМ: МЭСМ, БЭСМ
-
1, М
-
1, М
-
2
, М
-
З, "Стрела", "Минск
-
1", "Урал
-
1", "Урал
-
2", "Урал
-
3", M
-
20, "Сетунь", БЭСМ
-
2, "Раздан".
Сергей Алексеевич Лебедев
Сергей Алексеевич Лебедев (1902 —
1974) —
основоположник вычислительной техники в СССР, директор Института точной механики и вычислител
ьной техники (ИТМиВТ) АН СССР. В 1996 посмертно награждён медалью "Пионер компьютерной техники" за разработку МЭСМ (Малой Электронной Счётной Машины), первой ЭВМ в СССР и континентальной Европе, а также за основание советской компьютерной промышленности. А
кадемик Лебедев резко выступал против начавшегося в 1970
-
е годы копирования американской системы IBM 360, которая в советском варианте носила название ЕС ЭВМ.
Ко второму поколению относят
следующие отечественные ЭВМ: М
-
40, М
-
50, "Урал
-
11", "Урал
-
14", "Ура
л
-
16", "Минск
-
2", "Минск
-
12", "Минск
-
14", "Минск
-
22", БЭСМ
-
3, БЭСМ
-
4, БЭСМ
-
6, М
-
20, М
-
220, М
-
222, МИР
-
1, "Наири", "Рута
-
110"...
Большой вклад в создание машин второго и следующего поколений внесли сотрудники лаборатории Электронно
-
вычислительных машин
факу
льтета Вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова, созданной в 1958 первоначально в составе кафедры вычислительной математики механико
-
математического факультета. В состав факультета ВМК лаборатория была включена после его основания в 1970.
Коллектив проблемной лаборатории ЭВМ
19
На фотографии слева направо: Л.Г.
Степанова, В.В.
Веригина, В.П.
Рыбакова, В.П.
Гриднева, М.С.
Стрижева, А.М.
Тишулина, Р.А.
Вятич, Т.П.
Длиннова, М.Г.
Каблукова, В.Е.
Богданова, Н.П.
Брусенцов, В.П.
Розин, Н.С
.
Карцева, Л.М.
Бедрединова, Б.В.
Честнов, А.А.
Сахаров, В.Я.
Бедрединов, А.Ф.
Добрянский, В.П.
Шканаев
К третьему поколению относят
следующие отечественные ЭВМ: "Днепр
-
2", ЕС
-
1010, ЕС
-
1020, ЕС
-
1030, ЕС
-
1040, ЕС
-
1050, ЕС
-
1060 (несколько их промежуточных м
одификаций -
ЕС
-
1021 и др.), М
-
400, СМ
-
1300, МИР
-
2, "Наири
-
2", "Наири
-
3"...
Здесь следует заметить, что если машина БЭСМ
-
6 еще находилась в общем потоке роста производительности, практически не уступая лучшим зарубежным ЭВМ, то равноценную по производител
ьности ЕС
-
1060 удалось получить только через 11 лет, когда американские разработчики ЭВМ ушли далеко вперед.
Малая ЭВМ "Наири
-
К"
Отдельное "спасибо" хочется сказать разработчикам и производителям машин семейства "Наири", нещадно эксплуатируемых в студ
енческие годы. В семейство входят машины: "Наири" (1964), "Наири
-
С" (1966), "Наири
-
2", "Наири
-
К" (1967) и многотерминальные комплексы "Наири
-
З" (1970). Это семейство электронных цифровых вычислительных машин общего назначения с микропрограммным принципом п
остроения и встроенной системой автоматического программирования. Организация
-
разработчик: Ереванский научно
-
исследовательский институт математических машин (ЕрНИИММ), главный конструктор —
Овсепян Грачья Есаевич. Заводы
-
изготовители: Ереванский НИИММ, Ере
ванский завод "Электрон", Казанский завод ЭВМ. Год прекращения серийного выпуска машин -
1975. Машины имели следующие периферийные устройства:
пишущая машинка "Консул
-
254",
устройство ввода с перфоленты FS
-
1500,
устройство вывода на перфоленту ПЛ
-
80.
Ваш покорный слуга
, учась в институте на металлурга, провел за машиной "Наири
-
К"
больше трех лет! Очень "дружественное" (легко работать) и "надежное" (трудно сломать) изделие Казанского завода ЭВМ (ПО вычислительных систем). Одновременно малыми ЭВМ серии "Наир
и", завод выпускал машины М
-
220. Завод известен еще и тем, что это единственное в мире предприятие серийно выпускавшее "троичные компьютеры" -
ЭВМ "Сетунь".
20
К четвертому поколению относят
следующие отечественные ЭВМ: ЕС
-
1015, ЕС
-
1025, ЕС
-
1035, ЕС
-
1045, ЕС
-
1055, ЕС
-
1065, СМ
-
1420, СМ
-
1600, СМ
-
1700, "Электроника
-
60", "Электроника
-
85", "Искра
-
226", ЕС
-
1840, ЕС
-
1841, ЕС
-
1842.
К ЭВМ четвертого поколения относят также многопроцессорные вычислительные комплексы "Эльбрус" и "Эльбрус
-
2". Но это было уже начало конц
а
. Беда нашей вычислительной техники —
не только значительное отставание само по себе... Как сказал в конце 80
-
х академик АН СССР, один из пионеров теоретического и системного программирования Андрей Петрович Ершов (1931 —
1988): "Мы не отстаем –
мы идем н
е туда"
.
Андрей Петрович Ершов
2.2.5.
Троичная ЭВМ "Сетунь"
Наконец
-
то настало время вспомнить о создании в СССР уникального "троично
го
компьютер
а
".
Фибоначчи (Леонардо Пизанский)
В 1203 году Фибоначчи (Леонардо Пизанский, Италия) сформулировал з
адачу "о выборе наилучшей системы гирь для взвешивания на рычажных весах", называемая также "задачей о взвешивании" или "задачей Баше
-
Менделеева" (из сочинений Фибоначчи она перекочевала в сочинения еще одного знаменитого итальянского математика Луки Пачио
ли, который был "другом и советником Леонардо да Винчи"). Было доказано, что, при разрешении класть гири только на одну чашу весов, наиболее экономичной является двоичная система счисления, а при разрешении класть гири на обе 21
чаши весов, наиболее экономичн
ой является троичная симметричная система счисления. "Задача о взвешивании" была обобщена украинским ученым А.П. Стаховым, который посвятил этому обобщению специальную книгу "Введение в алгоритмическую теорию измерения" (1977), и затем брошюру "Алгоритмиче
ская теория измерения" (1979). Именно эти два печатных труда определили прикладной характер исследований в фибоначчиевой области (коды Фибоначчи, арифметика Фибоначчи, компьютеры Фибоначчи), которые затем начали активно развиваться в советской науке.
Ниже приведена программа, в которой последовательность чисел Фибоначчи задается линейным рекуррентным соотношением:
Dim As Integer n, F(
-
12 To 12)
Dim As Single FI, FJ, FB
FI = (1 + Sqr(5))/2: FJ = (1 -
Sqr(5))/2
Print FI; FJ
F(0) = 0: F(1) = 1
For n = 2 To 12
F(n) = F(n
-
1) + F(n
-
2)
' Формула Бине выражает числа в явном виде
FB = (FI^n -
FJ^n)/Sqr(5)
Print Using " F(###) = #### FB = ####"; n; F(n); FB
Next
' числа Фибоначчи рассматривают и для отрицательных номеров
For n = -
1 To -
12 Step -
1
F(n) = F
(n+2) -
F(n+1)
Print Using " F(###) = ####"; n; F(n)
Next
Sleep
Стахов Алексей Петрович
С
оветск
ий
математик "фибоначчист" Алексей Петрович Стахов (1939 г.р.) автор работ по математике, теории чисел, теории Золотого сечения, алгоритмической теории изм
ерения, системам счисления, основанным на числах Фибоначчи. Доктор технических наук (1972), профессор (1974), академик Академии инженерных наук Украины (1992), академик Международной Академии Наук Высшей Школы (2006). Проектировщик помехоустойчивых "компью
теров Фибоначчи", перспективного кибернетического направления, защищенного 65 патентами в США, Японии, Англии, Германии, Франции, в Канаде и других стран. В начале 2004 Стахов переезжает в Канаду, где разворачивает деятельность Международного Клуба Золотог
о Сечения...
22
Брусенцов Николай Петрович
В 1958 году Николай Петрович Брусенцов (1925 г.р.) построил в МГУ первую опытную электронную троичную ЭВМ (компьютер) "Сетунь" на ячейках из ферритдиодных магнитных усилителей переменного тока, работавших в дву
хбитном троичном коде, четвёртое состояние двух битов не использовалось. Для передачи данных использовалась однопроводная система. Соболев поддержал замысел Брусенцова —
создать троичную ЭВМ. Штат лаборатории увеличился до 20 человек, которые собственными руками изготовили опытный образец машины (он эксплуатировался в МГУ 15 лет). Наладка была выполнена очень быстро —
за десять дней. Назвать новую ЭВМ решили по имени речки, протекавшей недалеко от университета —
"Сетунь".
Несмотря на очевидные плюсы
нетрад
иционной машины, зеленой улицы ей не дали. "Сетунь" выпускалась серийно в Казани, но небольшими партиями, по 15
-
20 машин в год без большого энтузиазма со стороны производственников. За пять лет было выпущено 50 машин, 30 из них стояли в высших учебных заве
дениях. "Сетунь" действительно оказалась надежной —
практически без всякого сервиса она работала и в Калининграде, и в Магадане.
Брусенцов развил свои идеи в новой машине "Сетунь
-
70"
, которая была закончена в 1968 году. Убежденный в том, что "истинный RIS
C
может быть только троичным" (хотя в те годы эта терминология еще не употреблялась), он создал машину, в которой объединил принципы эффективной архитектуры на минимальном наборе команд, трехзначную логику, троичный код и идеи структурного программирования
. Но после завершения работ над "Сетунью
-
70" лаборатория Брусенцова была вынуждена прекратить разработки ЭВМ, фактически изгнана из МГУ.
23
Вычислительная машина "Сетунь
-
70"
Троичные ЭВМ (компьютеры) обладают рядом преимуществ по сравнению с двоичными ЭВ
М (компьютерами). Удельное натуральнологарифмическое число кодов (чисел) (плотность записи информации) описывается уравнением, y = (ln(x))/x, где x -
основание системы счисления. Из уравнения следует, что наибольшей плотностью записи информации обладает си
стема счисления с основанием равным основанию натуральных логарифмов, то есть равным числу Эйлера (е=2,718282...). Эту задачу решали ещё во времена Джона Непера (1550 —
1617) при выборе основания для логарифмических таблиц. Из целочисленных систем счислени
я наибольшей плотностью записи информации обладает троичная система счисления.
Дональд Кнут
отмечал, что из
-
за массового производства двоичных компонентов для компьютеров, троичные компьютеры занимают очень малое место в мировой истории вычислительной те
хники. Однако троичная логика элегантнее и эффективнее двоичной и в будущем, возможно, вновь вернутся к её разработке...
На этом позвольте закруглиться.
До новых встреч!
Пишите
: eugene
_
r
@
mail
.
ru
Документ
Категория
Информатика
Просмотров
230
Размер файла
2 136 Кб
Теги
эвм компьютер программирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа