Архитектура ЭВМ и вычислительных систем
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Составные элементы компьютера
Издательство:
Издательство ФОРУМ
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 511
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-00091-511-0
ISBN-онлайн: 978-5-16-106243-2
Артикул: 060560.20.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Рассмотрены вопросы организации и функционирования вычислительных устройств, машин и систем. Описаны логические, информационные, алгоритмико-вычислительные основы построения систем. Значительное внимание уделено архитектурам вычислительных машин и систем, их классификациям, составным компонентам — информационно-вычислительным средам и коммутационно-коммуникационным средам. В качестве примера подробно представлены технические, структурные, архитектурные компоненты персональных машин и средства их комплексирования.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования последнего поколения.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 09.01.03: Оператор информационных систем и ресурсов
- 09.01.04: Наладчик аппаратных и программных средств инфокоммуникационных систем
- Среднее профессиональное образование
- 09.02.01: Компьютерные системы и комплексы
- 09.02.02: Компьютерные сети
- 09.02.03: Программирование в компьютерных системах
- 09.02.04: Информационные системы (по отраслям)
- 09.02.05: Прикладная информатика (по отраслям)
- 09.02.06: Сетевое и системное администрирование
- 09.02.07: Информационные системы и программирование
- 10.02.01: Организация и технология защиты информации
- 10.02.02: Информационная безопасность телекоммуникационных систем
- 10.02.03: Информационная безопасность автоматизированных систем
- 10.02.04: Обеспечение информационной безопасности телекоммуникационных систем
- 10.02.05: Обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем
- 15.02.09: Аддитивные технологии
- 15.02.18: Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
- 26.02.04: Монтаж и техническое обслуживание судовых машин и механизмов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Архитектура ЭВМ и вычислительных систем, 2024, 060560.23.01
Архитектура ЭВМ и вычислительных систем, 2021, 060560.19.01
Архитектура ЭВМ и вычислительных систем, 2020, 060560.17.01
Архитектура ЭВМ и вычислительных систем, 2010, 060560.05.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
АРХИТЕКТУРА ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов 5-е издание, переработанное и дополненное Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника» УЧЕБНИК Москва 2022 ИНФРА-М
УДК 004.2(075.32) ББК 32.973-02я723 M17 Максимов Н.В. М17 Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учебник / Н.В. Макси мов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 511 с. — (Среднее профессиональное образование). ISBN 978-5-00091-511-0 (ФОРУМ) ISBN 978-5-16-013573-1 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-106243-2 (ИНФРА-М, online) Рассмотрены вопросы организации и функционирования вычислитель ных устройств, машин и систем. Описаны логические, информационные, алгоритмико-вычислительные основы построения систем. Значительное внимание уделено архитектурам вычислительных машин и систем, их классификациям, составным компонентам — информационно-вычислительным средам и коммутационно-коммуникационным средам. В качестве примера подробно представлены технические, структурные, архитектурные компоненты персональных машин и средства их комплексирования. Соответствует требованиям Федерального государственного образова тельного стандарта среднего профессионального образования последнего поколения. Для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника». УДК 004.2(075.32) ББК 32.973-02я723 Р е ц е н з е н т ы: Бачинин Ю.Г. — кандидат технических наук, доцент кафедры «Проектирование АИС» Российской экономической академии имени Г.В. Плеханова; Емельянов А.А. — доктор экономических наук, профессор, декан факультета «Информатика» Московского международного института эконометрики, информатики, финансов и права ISBN 978-5-00091-511-0 (ФОРУМ) ISBN 978-5-16-013573-1 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-106243-2 (ИНФРА-М, online) © Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И., 2016 © ФОРУМ, 2016
Ââåäåíèå ×åëîâå÷åñòâî ïðîøëî äëèííûé ïóòü, ïðåæäå ÷åì äîñòèãëî ñîâðåìåííîãî óðîâíÿ ðàçâèòèÿ è ïðèìåíåíèÿ êîìïüþòåðîâ è èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé. Âïëîòü äî XVII â. äåÿòåëüíîñòü îáùåñòâà â öåëîì è êàæäîãî ÷åëîâåêà â îòäåëüíîñòè áûëà íàïðàâëåíà íà îâëàäåíèå âåùåñòâîì, ò. å. åñòü ïîçíàíèå ñâîéñòâ âåùåñòâà è èçãîòîâëåíèå ñíà÷àëà ïðèìèòèâíûõ, à ïîòîì âñå áîëåå ñëîæíûõ îðóäèé òðóäà âïëîòü äî ìåõàíèçìîâ è ìàøèí, ïîçâîëÿþùèõ èçãîòîâëÿòü ìàòåðèàëüíûå öåííîñòè. Çàòåì â ïðîöåññå ñòàíîâëåíèÿ èíäóñòðèàëüíîãî îáùåñòâà íà ïåðâûé ïëàí âûøëà ïðîáëåìà îâëàäåíèÿ ýíåðãèåé — ñíà÷àëà òåïëîâîé, çàòåì ýëåêòðè÷åñêîé è àòîìíîé, ÷òî ïîçâîëèëî îñâîèòü ìàññîâîå ïðîèçâîäñòâî ïîòðåáèòåëüñêèõ öåííîñòåé è, êàê ñëåäñòâèå, ïîâûñèòü óðîâåíü æèçíè ëþäåé è èçìåíèòü õàðàêòåð èõ òðóäà.  òî æå âðåìÿ ÷åëîâå÷åñòâó ñâîéñòâåííà ïîòðåáíîñòü âûðàæàòü, çàïîìèíàòü è ðàñïðîñòðàíÿòü èíôîðìàöèþ îá îêðóæàþùåì ìèðå — ýòè óñòðåìëåíèÿ ïðèâåëè ê ïîÿâëåíèþ ïèñüìåííîñòè, êíèãîïå÷àòàíèÿ, æèâîïèñè, ôîòîãðàôèè, ðàäèîñâÿçè, òåëåâèäåíèÿ.  äàëåêîì ïðîøëîì ëþäè ñ÷èòàëè íà ïàëüöàõ èëè äåëàëè íàñå÷êè íà êîñòÿõ. Äðåâíåéøèì «ñ÷åòíûì èíñòðóìåíòîì», êîòîðûé áûë ïðåäñòàâëåí ñàìîé ïðèðîäîé â ðàñïîðÿæåíèå ÷åëîâåêà, áûëà åãî ñîáñòâåííàÿ ðóêà. Íà çàðå ÷åëîâå÷åñêîé öèâèëèçàöèè áûëè èçîáðåòåíû ðàçëè÷íûå ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ, ïîçâîëÿþùèå îñóùåñòâëÿòü òîðãîâûå ñäåëêè, ðàññ÷èòûâàòü àñòðîíîìè÷åñêèå öèêëû, ïðîâîäèòü äðóãèå âû÷èñëåíèÿ. Ñïóñòÿ íåñêîëüêî òûñÿ÷åëåòèé ïîÿâèëèñü ïåðâûå ðó÷íûå âû÷èñëèòåëüíûå ñðåäñòâà.  íàøè äíè ñëîæíåéøèå âû÷èñëèòåëüíûå çàäà÷è, êàê è ìíîæåñòâî äðóãèõ îïåðàöèé, êàçàëîñü áû, íå ñâÿçàííûõ ñ ÷èñëàìè,
ðåøàþòñÿ èìåííî ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðîâ. Ýòî åùå îäèí òèï ìàøèí, ïîñòðîåííûé äëÿ òîãî, ÷òîáû óâåëè÷èòü ýôôåêòèâíîñòü è êà÷åñòâî âûïîëíÿåìûõ ðàáîò è ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òðóäà. Îäíàêî íè îäíà äðóãàÿ ìàøèíà â èñòîðèè íå ïðèíåñëà ñòîëü áûñòðûõ è ãëóáîêèõ èçìåíåíèé (ïîñàäêà àïïàðàòîâ íà ïîâåðõíîñòü Ëóíû è èññëåäîâàíèå ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, óïðàâëåíèå ìåäèöèíñêîé àïïàðàòóðîé, ðåøåíèå ñëîæíûõ ýêîíîìè÷åñêèõ è óïðàâëåí÷åñêèõ çàäà÷ è ìíîãîå äðóãîå). Ýëåêòðîííûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû (ÝÂÌ) çà ïîñëåäíèå ïîëâåêà ïðåîáðàçèëè öèâèëèçàöèþ, âîâëåêàÿ ÷åëîâå÷åñòâî â ïðîöåññ è í ô î ð ì à ò è ç à ö è è, êîòîðûé îõâàòûâàåò âñå ñôåðû, âñå îòðàñëè îáùåñòâåííîé æèçíè, ïðî÷íî âõîäÿò â æèçíü êàæäîãî ÷åëîâåêà, âîçäåéñòâóþò íà åãî îáðàç ìûøëåíèÿ è ïîâåäåíèå. ÝÂÌ ÿâëÿþòñÿ âàæíåéøèì èç ô à ê ò î ð î â è í ô î ð ì à ò è ç à ö è è, êîòîðûå âêëþ÷àþò â ñåáÿ: òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà (ÝÂÌ è ñèñòåìû); ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà è ñèñòåìû (ïðîãðàììíûé ôàêòîð); èíôîðìàöèîííûé ôàêòîð — ñîáñòâåííî èíôîðìàöèÿ, ò. å. ñèãíàëû, ñîîáùåíèÿ, ìàññèâû äàííûõ, ôàéëû è áàçû äàííûõ (ÁÄ); èíòåëëåêòóàëüíûå óñèëèÿ è ÷åëîâå÷åñêèé òðóä (÷åëîâå÷åñêèé, ãóìàíèòàðíûé ôàêòîð). Ïåðå÷èñëåííûå ôàêòîðû ñîîòâåòñòâóþò òàêæå èñòîðè÷åñêèì ýòàïàì ðàçâèòèÿ èíôîðìàòèçàöèè. Ìîæíî âûäåëèòü ñëåäóþùèå ôàçû, íà êàæäîé èç êîòîðûõ äîìèíèðóåò êàêîé-ëèáî èç óïîìÿíóòûõ ôàêòîðîâ: òåõíè÷åñêèé ïåðèîä, çà êîòîðûé ñëîæèëèñü îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðóêòóðå óíèâåðñàëüíûõ ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí (ÝÂÌ), îïðåäåëèëàñü àðõèòåêòóðà è òèïû óñòðîéñòâ — ñ 1946 ïî 1964 ãã. (ïðèáëèçèòåëüíî); ïðîãðàììíûé ïåðèîä — âûðàáîòàëàñü ñîâðåìåííàÿ êëàññèôèêàöèÿ ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ, èõ ñòðóêòóð è âçàèìîñâÿçåé, ñëîæèëèñü ÿçûêè ïðîãðàììèðîâàíèÿ, áûëè ðàçðàáîòàíû ïåðâûå êîìïèëÿòîðû è ïðèíöèïû ïðîöåäóðíîé îáðàáîòêè — ñ 1954 ïî 1970 ãã.; èíôîðìàöèîííûé ïåðèîä — â öåíòðå âíèìàíèÿ èññëåäîâàòåëåé è ðàçðàáîò÷èêîâ îêàçûâàþòñÿ ñòðóêòóðû äàííûõ, ÿçûêè îïèñàíèÿ (ßÎÄ) è ìàíèïóëèðîâàíèÿ (ßÌÄ) äàííûìè, íåïðîöåäóðíûå ïîäõîäû ê ïîñòðîåíèþ ñèñòåì îáðàáîòêè èíôîðìàöèè — ñ 1970 ã. ïî íàñòîÿùåå âðåìÿ; 4 Ââåäåíèå
ãóìàíèòàðíûé ïåðèîä, ñâÿçàííûé ñ ðåçêèì âîçðàñòàíèåì êðóãà ïîëüçîâàòåëåé àâòîìàòèçèðîâàííûõ èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé (ÀÈÒ) è ïîâûøåíèåì ðîëè èíòåðôåéñíûõ è íàâèãàöèîííûõ âîçìîæíîñòåé ñîîòâåòñòâóþùèõ ñèñòåì (ñ íà÷àëà 90-õ ãã. ïðîøëîãî âåêà). Òðàäèöèîííûå ÀÈÒ áûëè ïîä÷èíåíû ïðîèçâîäèòåëÿì èíôîðìàöèè (èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåì) è äîâîäèëè îäèíàêîâîå ñîäåðæàíèå (ñîçäàâàëè îäíîòèïíûå âîçìîæíîñòè) äî âñåõ àäðåñàòîâ. Íîâûå ÀÈÒ íàïðàâëåíû íà èíäèâèäóàëüíîãî ïîëüçîâàòåëÿ, ïðåäîñòàâëÿÿ âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè, íóæíîé èìåííî åìó. Êîíå÷íî, äàííàÿ ïåðèîäèçàöèÿ óñëîâíà, è ãîâîðèòü îá îêîí÷àíèè òåõíè÷åñêîãî ïåðèîäà èëè èñ÷åðïàíèè ïðåäåëîâ ðàçâèòèÿ íå ïðèõîäèòñÿ. Èìåííî ÝÂÌ ðàçâèâàþòñÿ íàèáîëåå âûñîêèìè òåìïàìè, óâëåêàÿ çà ñîáîé îñòàëüíûå ôàêòîðû èíôîðìàòèçàöèè. Íàñòîÿùèé ó÷åáíèê ïîñâÿùàåòñÿ äàííîé ïðîáëåìàòèêå. Ïåðâàÿ ãëàâà ïîñâÿùåíà èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, ìàøèí è ïðèáîðîâ, îñíîâíûì àñïåêòàì îñíîâ ÝÂÌ — èíôîðìàöèîííûì (ïðåäñòàâëåíèå, êîäèðîâàíèå, îáðàáîòêà èíôîðìàöèè â ÝÂÌ), ëîãè÷åñêèì (îñíîâíûå ôóíêöèè, îïåðàöèè, ýëåìåíòû è óçëû) è àëãîðèòìè÷åñêèì (ñòðóêòóðà è îñíîâíûå ýëåìåíòû ïðîãðàìì è àëãîðèòìîâ).  ãëàâå 2 ðàññìàòðèâàþòñÿ ðàçëè÷íûå ïðèíöèïû êëàññèôèêàöèè âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, óçëû ÝÂÌ, ïðåäñòàâëåíèÿ îá àðõèòåêòóðå ÝÂÌ, âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì (ÂÑ) è ñóïåðêîìïüþòåðîâ.  òðåòüåé ãëàâå ðàññìàòðèâàþòñÿ îáùèå ïðèíöèïû ñòðóêòóðû è àðõèòåêòóðû ïðîöåññîðîâ, òåõíîëîãèè ïîâûøåíèÿ èõ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè, êîíêðåòíûå ìèêðîàðõèòåêòóðû ïðîöåññîðîâ Intel, AMD, IBM, ñèñòåìà êîìàíä x86 â ïðåäñòàâëåíèÿõ ìàêðîàññåìáëåðà. Ãëàâà 4 ïîñâÿùåíà âîïðîñàì îðãàíèçàöèè îïåðàòèâíîé ïàìÿòè, âíóòðåííèì èíòåðôåéñàì è (êðàòêî) âíåøíèì èíòåðôåéñàì, à òàêæå ðàçíîâèäíîñòÿì àðõèòåêòóðû íàáîðà ìèêðîñõåì ñèñòåìíîé ïëàòû (÷èïñåò). Ê ñîæàëåíèþ, èç-çà îãðàíè÷åíèé íà îáúåì êíèãè áûë îïóùåí öåëûé ðÿä âîïðîñîâ, ñâÿçàííûõ ñ ñîâðåìåííûì ñîñòîÿíèåì ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ ÝÂÌ, êîòîðûå îäíàêî ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû, íàïðèìåð, â ðàáîòàõ àâòîðîâ [10, 11, 15]. Ó÷åáíèê áàçèðóåòñÿ íà ìàòåðèàëàõ, íàêîïëåííûõ àâòîðàìè â ïðîöåññå ïðàêòè÷åñêîé, èññëåäîâàòåëüñêîé, à òàêæå ïðåïîäàâàòåëüñêîé äåÿòåëüíîñòè (ÌÈÔÈ, ÌÈÑÈ, ÐÃÃÓ, ÐÝÀ Ââåäåíèå 5
èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà, ÌÔÏÀ). Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü ðåöåíçåíòàì, à òàêæå êîëëåãàì, ïðèíÿâøèì ó÷àñòèå â îáñóæäåíèè ìàòåðèàëà, — Í.Â. Ìàêñèìîâó (ÌÈÔÈ), Ê.È. Êóðáàêîâó (ÐÝÀ èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà), à òàêæå ñòóäåíòàì ÐÃÃÓ, ÌÔÏÀ, ÐÝÀ èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà çà ïðåäîñòàâëåííûå èëëþñòðàòèâíûå ìàòåðèàëû. 6 Ââåäåíèå
Ãëàâà 1 ÂÛ×ÈÑËÈÒÅËÜÍÛÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ È ÌÀØÈÍÛ. ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÏÐÈÍÖÈÏÛ Çàêëàäêà ôóíäàìåíòà êîìïüþòåðíîé ðåâîëþöèè ïðîèñõîäèëà ìåäëåííî è äàëåêî íå ãëàäêî. Îòïðàâíîé òî÷êîé ýòîãî ïðîöåññà ìîæíî ñ÷èòàòü èçîáðåòåíèå ñ÷åòîâ (áîëåå 1500 ëåò íàçàä). Îíè îêàçàëèñü î÷åíü ýôôåêòèâíûì èíñòðóìåíòîì è âñêîðå ðàñïðîñòðàíèëèñü ïî âñåìó ìèðó (êîå-ãäå ïðèìåíÿÿñü è ïî ñåé äåíü). Ñ XVII â. åâðîïåéñêèå ìûñëèòåëè áûëè óâëå÷åíû èäååé ñîçäàíèÿ ñ÷åòíûõ óñòðîéñòâ. Ïåðâàÿ ñ÷åòíàÿ ìàøèíà ïîÿâèëàñü ëèøü â 1642 ã. Åå èçîáðåë ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê Ïàñêàëü (ñì. òàáë. 1.1). Ïîñòðîåííàÿ íà îñíîâå çóá÷àòûõ êîëåñ, îíà ìîãëà ñóììèðîâàòü äåñÿòè÷íûå ÷èñëà. Âñå ÷åòûðå àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèÿ âûïîëíÿëà ìàøèíà, ñîçäàííàÿ â 1673 ã. íåìåöêèì ìàòåìàòèêîì Ëåéáíèöåì, êîòîðàÿ ñòàëà ïðîòîòèïîì àðèôìîìåòðîâ, èñïîëüçîâàâøèõñÿ ñ 1820 ã. âïëîòü äî 1960 ãã. XX â. Âïåðâûå èäåÿ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìîé ñ÷åòíîé ìàøèíû, èìåþùåé àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî, óñòðîéñòâà óïðàâëåíèÿ, ââîäà è ïå÷àòè (õîòÿ è èñïîëüçóþùåé äåñÿòè÷íóþ ñèñòåìó ñ÷èñëåíèÿ), áûëà âûäâèíóòà â 1822 ã. àíãëèéñêèì ìàòåìàòèêîì Áýááèäæåì. Ïðîåêò îïåðåæàë òåõíè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ñâîåãî âðåìåíè è íå áûë ðåàëèçîâàí. Êàæäîìó, çíàêîìîìó ñ ñîâðåìåííûìè êîìïüþòåðàìè, ìåõàíè÷åñêèå ñ÷åòíûå ìàøèíû è ïðèáîðû ïîêàæóòñÿ, ïîæàëóé, çàáàâíûìè è íåóêëþæèìè óñòðîéñòâàìè. Îäíàêî, îçíàêîìèâøèñü ñ èñòîðèåé ðàçâèòèÿ ñ÷åòíûõ ìàøèí, ìîæíî ïîðàçèòüñÿ èçîáðåòàòåëüíîñòè, õèòðîóìèþ è íàñòîé÷èâîñòè èõ ñîçäàòåëåé. Óìåñòíî âñïîìíèòü ñëîâà Á. Ïàñêàëÿ î òîì, ÷òî äëÿ ñîçäàíèÿ «àðèôìåòè÷åñêîé ìàøèíû» åìó ïîòðåáîâàëîñü âñå ðàíåå ïðèîáðåòåííûå çíàíèÿ ïî ãåîìåòðèè, ôèçèêå è ìåõàíèêå. Âûïîëíÿâøèåñÿ â 40-õ ãîäàõ XX â. ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ñ ïðîãðàììíûì óïðàâëåíèåì, áûëè òåñíî ñâÿçàíû ñ ïîÿâëåíèåì íîâîé ôóíäàìåíòàëüíîé íàóêè — êèáåð
íåòèêè, èëè íàóêè îá óïðàâëåíèè è êîììóíèêàöèè. Ñóäüáà ýòîé íàóêè â íàøåé ñòðàíå (áûâøåì ÑÑÑÐ) áûëà òðóäíîé. Äîëãîå âðåìÿ îíà ñ÷èòàëàñü «áóðæóàçíîé ëæåíàóêîé». Òîëüêî â íà÷àëå 50-õ ãã. ïðîøëîãî âåêà ïîÿâèëèñü ïåðâûå ñîâåòñêèå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû. Íåñìîòðÿ íà ýòî ðîëü îòå÷åñòâåííûõ ó÷åíûõ â îáëàñòè êèáåðíåòèêè è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè íåîöåíèìà. 1.1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ïðèáîðû, èñòîðèÿ âîïðîñà Ðàññìîòðèì âíà÷àëå òàáë. 1.1, â êîòîðîé ïðèâåäåíû êðàòêèå ñâåäåíèÿ îá èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäñòâ è ìåòîäîâ â ëèöàõ, ñîáûòèÿõ è îáúåêòàõ («âðåìÿ — ñîáûòèÿ — ëþäè») [10—12]. Òàáëèöà 1.1. Îñíîâíûå ñîáûòèÿ â èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ìåòîäîâ, ïðèáîðîâ, àâòîìàòîâ è ìàøèí Àâòîðû è èçäåëèÿ Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé) Äæîí Íåïåð (1550—1617) Øîòëàíäåö Äæîí Íåïåð â 1614 ã. îïóáëèêîâàë «Îïèñàíèå óäèâèòåëüíûõ òàáëèö ëîãàðèôìîâ». Îí óñòàíîâèë, ÷òî ñóììà ëîãàðèôìîâ ÷èñåë a è b ðàâíà ëîãàðèôìó ïðîèçâåäåíèÿ ýòèõ ÷èñåë. Ïîýòîìó óìíîæåíèå óäàåòñÿ ñâåñòè ê îïåðàöèè ñëîæåíèÿ. Èì æå áûë ðàçðàáîòàí èíñòðóìåíò ïåðåìíîæåíèÿ ÷èñåë — «êîñòÿøêè Íåïåðà», ñîñòîÿâøèé èç íàáîðà ñåãìåíòèðîâàííûõ ñòåðæåíüêîâ, ïðè ïåðåìåùåíèè êîòîðûõ ïðè ñëîæåíèè ÷èñåë â ïðèëåãàþùèõ äðóã ê äðóãó ïî ãîðèçîíòàëè ñåãìåíòàõ ïîëó÷àëè ðåçóëüòàò èõ óìíîæåíèÿ. «Êîñòÿøêè Íåïåðà» âñêîðå áûëè âûòåñíåíû ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêîé (Ð. Áèññàêàð, êîíåö 1620 ã.) è äðóãèìè âû÷èñëèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè (â îñíîâíîì ìåõàíè÷åñêîãî òèïà) Âèëüãåëüì Øèêêàðä (1592—1636) Ñ÷èòàëîñü, ÷òî ïåðâóþ ìåõàíè÷åñêóþ ñ÷åòíóþ ìàøèíó èçîáðåë âåëèêèé ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê è ôèçèê Á. Ïàñêàëü â 1642 ã. Îäíàêî â 1957 ã. Ô. Ãàììåð (ÔÐÃ, äèðåêòîð Êåïëåðîâñêîãî íàó÷íîãî öåíòðà) îáíàðóæèë äîêàçàòåëüñòâà ñîçäàíèÿ Âèëüãåëüìîì Øèêêàðäîì ìåõàíè÷åñêîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû ïðèáëèçèòåëüíî çà äâà äåñÿòèëåòèÿ äî èçîáðåòåíèÿ Ïàñêàëÿ. Îí íàçâàë åå «÷àñû äëÿ ñ÷åòà». Ìàøèíà ïðåäíàçíà÷àëàñü äëÿ âûïîëíåíèÿ ÷åòûðåõ àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèé è ñîñòîÿëà èç ÷àñòåé: ñóììèðóþùåãî óñòðîéñòâà; ìíîæèòåëüíîãî óñòðîéñòâà; ìåõàíèçìà äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ. Ñóììèðóþùåå óñòðîéñòâî ñîñòîÿëî èç çóá÷àòûõ ïåðåäà÷ è ïðåäñòàâëÿëî ïðîñòåéøóþ ôîðìó àðèôìîìåòðà. Ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà ìåõàíè÷åñêîãî ñ÷åòà ñ÷èòàåòñÿ êëàññè÷åñêîé 8 Ãëàâà 1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ìàøèíû...
Àâòîðû è èçäåëèÿ Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé) Îäíàêî ýòó ïðîñòóþ è ýôôåêòèâíóþ ñõåìó ïðèøëîñü èçîáðåòàòü çàíîâî, òàê êàê ñâåäåíèÿ î ìàøèíå Øèêêàðäà íå ñòàëè âñåîáùèì äîñòîÿíèåì Áëýç Ïàñêàëü (1623 —1662) Ìàøèíà Á. Ïàñêàëÿ  1642 ã., êîãäà Ïàñêàëþ áûëî 19 ëåò, áûëà èçãîòîâëåíà ïåðâàÿ äåéñòâóþùàÿ ìîäåëü ñóììèðóþùåé ìàøèíû. ×åðåç íåñêîëüêî ëåò Áëýç Ïàñêàëü ñîçäàë ìåõàíè÷åñêóþ ñóììèðóþùóþ ìàøèíó («ïàñêàëèíà»), êîòîðàÿ ïîçâîëÿëà ñêëàäûâàòü ÷èñëà â äåñÿòè÷íîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ.  ýòîé ìàøèíå öèôðû øåñòèçíà÷íîãî ÷èñëà çàäàâàëèñü ïóòåì ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîâîðîòîâ äèñêîâ (êîëåñ) ñ öèôðîâûìè äåëåíèÿìè, à ðåçóëüòàò îïåðàöèè ìîæíî áûëî ïðî÷èòàòü â øåñòè îêîøêàõ — ïî îäíîìó íà êàæäóþ öèôðó. Äèñê åäèíèö áûë ñâÿçàí ñ äèñêîì äåñÿòêîâ, äèñê äåñÿòêîâ — ñ äèñêîì ñîòåí è ò. ä. Äðóãèå îïåðàöèè âûïîëíÿëèñü ñ ïîìîùüþ äîâîëüíî íåóäîáíîé ïðîöåäóðû ïîâòîðíûõ ñëîæåíèé, è â ýòîì çàêëþ÷àëñÿ îñíîâíîé íåäîñòàòîê «ïàñêàëèíû». Ïðèáëèçèòåëüíî çà äåñÿòèëåòèå îí ïîñòðîèë áîëåå 50 ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ìàøèíû. Èçîáðåòåííûé Ïàñêàëåì ïðèíöèï ñâÿçàííûõ êîëåñ ÿâèëñÿ îñíîâîé, íà êîòîðîé ñòðîèëîñü áîëüøèíñòâî âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ íà ïðîòÿæåíèè ñëåäóþùèõ òðåõ ñòîëåòèé Ãîòôðèä Âèëüãåëüì Ëåéáíèö (1646 —1716)  1672 ã., íàõîäÿñü â Ïàðèæå, Ëåéáíèö ïîçíàêîìèëñÿ ñ ãîëëàíäñêèì ìàòåìàòèêîì è àñòðîíîìîì Õðèñòèàíîì Ãþéãåíñîì. Âèäÿ, êàê ìíîãî âû÷èñëåíèé ïðèõîäèòñÿ äåëàòü àñòðîíîìó, Ëåéáíèö ðåøèë èçîáðåñòè ìåõàíè÷åñêîå óñòðîéñòâî äëÿ ðàñ÷åòîâ.  1673 ã. îí çàâåðøèë ñîçäàíèå ìåõàíè÷åñêîãî êàëüêóëÿòîðà. Ðàçâèâ èäåè Ïàñêàëÿ, Ëåéáíèö èñïîëüçîâàë îïåðàöèþ ñäâèãà äëÿ ïîðàçðÿäíîãî óìíîæåíèÿ ÷èñåë. Ñëîæåíèå ïðîèçâîäèëîñü íà íåì ïî ñóùåñòâó òàê æå, êàê è íà «ïàñêàëèíå», îäíàêî Ëåéáíèö âêëþ÷èë â êîíñòðóêöèþ äâèæóùóþñÿ ÷àñòü (ïðîîáðàç ïîäâèæíîé êàðåòêè áóäóùèõ íàñòîëüíûõ êàëüêóëÿòîðîâ) è ðó÷êó, ñ ïîìîùüþ êîòîðîé ìîæíî áûëî êðóòèòü ñòóïåí÷àòîå êîëåñî èëè — â ïîñëåäóþùèõ âàðèàíòàõ ìàøèíû — öèëèíäðû, ðàñïîëîæåííûå âíóòðè àïïàðàòà Æîçåô-Ìàðè Æàêêàð (1775—1834) Ðàçâèòèå âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ñâÿçàíî ñ ïîÿâëåíèåì ïåðôîðàöèîííûõ êàðò è èõ ïðèìåíåíèåì. Ïîÿâëåíèå æå ïåðôîðàöèîííûõ êàðò ñâÿçàíî ñ òêàöêèì ïðîèçâîäñòâîì.  1804 ã. èíæåíåð Æîçåô-Ìàðè Æàêêàð ïîñòðîèë ïîëíîñòüþ àâòîìàòèçèðîâàííûé ñòàíîê (ñòàíîê Æàêêàðà), ñïîñîáíûé âîñïðîèçâîäèòü ñëîæíåéøèå óçîðû. Ðàáîòà ñòàíêà ïðîãðàììèðîâàëàñü ñ ïîìîùüþ êîëîäû ïåðôîêàðò, êàæäàÿ èç êîòîðûõ óïðàâëÿëà îäíèì õîäîì ÷åëíîêà. Ïåðåõîä ê íîâîìó ðèñóíêó ïðîèñõîäèë çàìåíîé êîëîäû ïåðôîêàðò 1.1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ïðèáîðû, èñòîðèÿ âîïðîñà 9 Ïðîäîëæåíèå òàáë. 1.1
Àâòîðû è èçäåëèÿ Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé) ×àðëüç Áýááèäæ (1791—1871) Àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà ×. Áýááèäæà Îí îáíàðóæèë ïîãðåøíîñòè â òàáëèöàõ ëîãàðèôìîâ Íåïåðà, êîòîðûìè øèðîêî ïîëüçîâàëèñü ïðè âû÷èñëåíèÿõ àñòðîíîìû, ìàòåìàòèêè, øòóðìàíû äàëüíåãî ïëàâàíèÿ.  1821 ã. ïðèñòóïèë ê ðàçðàáîòêå ñâîåé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû, êîòîðàÿ ïîìîãëà áû âûïîëíèòü áîëåå òî÷íûå âû÷èñëåíèÿ.  1822 ã. áûëà ïîñòðîåíà ðàçíîñòíàÿ ìàøèíà (ïðîáíàÿ ìîäåëü), ñïîñîáíàÿ ðàññ÷èòûâàòü è ïå÷àòàòü áîëüøèå ìàòåìàòè÷åñêèå òàáëèöû. Ýòî áûëî î÷åíü ñëîæíîå, áîëüøîå óñòðîéñòâî è ïðåäíàçíà÷àëîñü äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî âû÷èñëåíèÿ ëîãàðèôìîâ. Ðàáîòà ìîäåëè îñíîâûâàëàñü íà ïðèíöèïå, èçâåñòíîì â ìàòåìàòèêå êàê «ìåòîä êîíå÷íûõ ðàçíîñòåé»: ïðè âû÷èñëåíèè ìíîãî÷ëåíîâ èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ è íå âûïîëíÿåòñÿ óìíîæåíèå è äåëåíèå, êîòîðûå çíà÷èòåëüíî òðóäíåå ïîääàþòñÿ àâòîìàòèçàöèè.  ïîñëåäóþùåì îí ïðèøåë ê èäåå ñîçäàíèÿ áîëåå ìîùíîé — àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû. Îíà íå ïðîñòî äîëæíà áûëà ðåøàòü ìàòåìàòè÷åñêèå çàäà÷è îïðåäåëåííîãî òèïà, à âûïîëíÿòü ðàçíîîáðàçíûå âû÷èñëèòåëüíûå îïåðàöèè â ñîîòâåòñòâèè ñ èíñòðóêöèÿìè, çàäàâàåìûìè îïåðàòîðîì. Ïî çàìûñëó ýòî áûë ïåðâûé óíèâåðñàëüíûé ïðîãðàììèðóåìûé êîìïüþòåð. Àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà â ñâîåì ñîñòàâå äîëæíà áûëà èìåòü òàêèå êîìïîíåíòû, êàê «ìåëüíèöà» (àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî ïî ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè) è «ñêëàä» (ïàìÿòü). Èíñòðóêöèè (êîìàíäû) ââîäèëèñü â àíàëèòè÷åñêóþ ìàøèíó ñ ïîìîùüþ ïåðôîêàðò (èñïîëüçîâàëàñü èäåÿ ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ Æàêêàðà ñ ïîìîùüþ ïåðôîêàðò). Øâåäñêèé èçäàòåëü, èçîáðåòàòåëü è ïåðåâîä÷èê Ïåð Ãåîðã Øîéö, âîñïîëüçîâàâøèñü ñîâåòàìè Áýááèäæà, ïîñòðîèë âèäîèçìåíåííûé âàðèàíò ýòîé ìàøèíû.  1855 ã. ìàøèíà Øîéöà áûëà óäîñòîåíà çîëîòîé ìåäàëè íà Âñåìèðíîé âûñòàâêå â Ïàðèæå.  äàëüíåéøåì îäèí èç ïðèíöèïîâ, ëåæàùèõ â îñíîâå èäåè àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, — èñïîëüçîâàíèå ïåðôîêàðò — íàøåë âîïëîùåíèå â ñòàòèñòè÷åñêîì òàáóëÿòîðå, ïîñòðîåííîì àìåðèêàíöåì Ãåðìàíîì Õîëëåðèòîì (äëÿ óñêîðåíèÿ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ â ÑØÀ â 1890 ã.) Îãàñòà Àäà Áàéðîí (ãðàôèíÿ Ëàâëåéñ) (1815—1852) Ãðàôèíÿ Îãàñòà Àäà Ëàâëåéñ, äî÷ü ïîýòà Áàéðîíà, ñîâìåñòíî ñ ×. Áýááèäæåì ðàáîòàëà íàä ñîçäàíèåì ïðîãðàìì äëÿ åãî ñ÷åòíûõ ìàøèí. Åå ðàáîòû â ýòîé îáëàñòè áûëè îïóáëèêîâàíû â 1843 ã. Îäíàêî â òî âðåìÿ ñ÷èòàëîñü íåïðèëè÷íûì äëÿ æåíùèíû èçäàâàòü ñâîè ñî÷èíåíèÿ ïîä ïîëíûì èìåíåì, è Ëàâëåéñ ïîñòàâèëà íà òèòóëå òîëüêî ñâîè èíèöèàëû.  ìàòåðèàëàõ Áýááèäæà è êîììåíòàðèÿõ Ëàâëåéñ íàìå÷åíû òàêèå ïîíÿòèÿ, êàê «ïîäïðîãðàììà» è «áèáëèîòåêà ïîäïðîãðàìì», «ìîäèôèêàöèÿ êîìàíä» è «èíäåêñíûé ðåãèñòð», êîòîðûå ñòàëè óïîòðåáëÿòüñÿ òîëüêî â 50-õ ãã. XX â. Ñàì òåðìèí «áèáëèîòåêà» áûë ââåäåí Áýááèäæåì, à òåðìèíû «ðàáî÷àÿ ÿ÷åéêà» è «öèêë» ïðåäëîæèëà À. Ëàâëåéñ. «Ìîæíî ñ ïîëíûì 10 Ãëàâà 1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ìàøèíû... Ïðîäîëæåíèå òàáë. 1.1
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти