|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Calculadora. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor A mecanização e a mecanização das operações de computação é uma das conquistas técnicas fundamentais do segundo terço do século XX. Assim como o surgimento das primeiras máquinas de fiar foi o início da grande revolução industrial dos séculos XVIII-XIX, a criação de um computador eletrônico tornou-se um prenúncio da grandiosa revolução científica, técnica e informacional da segunda metade do século XX. . Este importante evento foi precedido por uma longa pré-história. As primeiras tentativas de montar uma máquina de calcular foram feitas já no século XVII, e os dispositivos de computação mais simples, como um ábaco e uma conta, apareceram ainda mais cedo - na antiguidade e na Idade Média.
Embora um dispositivo de computação automática pertença ao gênero das máquinas, ele não pode ser equiparado a máquinas industriais, digamos, um torno ou uma máquina de tecelagem, porque, ao contrário deles, não opera com material físico (fios ou peças de madeira), mas com ideais que não existem na natureza por números. Portanto, o criador de qualquer máquina de computação (seja a mais simples máquina de somar ou o mais recente supercomputador) enfrenta problemas específicos que não surgem para inventores de outras áreas da tecnologia. Eles podem ser formulados da seguinte forma: 1. Como representar fisicamente (objetivamente) números em uma máquina? 2. Como inserir os dados numéricos iniciais? 3. Como simular o desempenho de operações aritméticas? 4. Como apresentar os dados de entrada e os resultados dos cálculos para a calculadora? Um dos primeiros a superar esses problemas foi o famoso cientista e pensador francês Blaise Pascal. Ele tinha 18 anos quando começou a trabalhar na criação de uma máquina especial com a qual uma pessoa que não estava familiarizada com as regras da aritmética poderia realizar quatro ações básicas. A irmã de Pascal, que presenciou seu trabalho, escreveu mais tarde: "Este trabalho cansou meu irmão, mas não pelo esforço da atividade mental e não pelos mecanismos, cuja invenção não lhe causou muito esforço, mas porque os trabalhadores com difícil entendê-lo." E isso não é surpreendente. A mecânica precisa estava nascendo, e a qualidade que Pascal exigia superava as capacidades de seus mestres. Portanto, o próprio inventor muitas vezes teve que pegar um arquivo e um martelo ou quebra-cabeça sobre como alterar um design interessante, mas complexo, de acordo com as qualificações do mestre.
O primeiro modelo de trabalho da máquina foi concluído em 1642. Ela não satisfez Pascal, e ele imediatamente começou a projetar um novo. “Não economizei”, escreveu mais tarde sobre seu carro, “nem tempo, nem mão de obra, nem dinheiro para trazê-lo ao estado de ser útil... Tive paciência para fazer até 50 modelos diferentes... "Finalmente, em 1645, esforços que ele foi coroado com completo sucesso - Pascal montou um carro que o satisfez em todos os sentidos. Qual foi esse primeiro computador da história e como as tarefas listadas acima foram resolvidas? O mecanismo da máquina foi encerrado em uma caixa de latão leve. Em sua tampa superior havia 8 furos redondos, em torno de cada um dos quais foi aplicada uma escala circular. A escala do buraco mais à direita foi dividida em 12 partes iguais, a escala do buraco ao lado foi dividida em 20 partes, os seis buracos restantes tiveram uma divisão decimal. Tal graduação correspondia à divisão do livre, a principal unidade monetária francesa da época: 1 sous = 1/20 livre e 1 denier = 1/12 sous. Nos furos, eram visíveis as rodas de afinação das engrenagens, localizadas abaixo do plano da tampa superior. O número de dentes de cada roda era igual ao número de divisões de escala do furo correspondente.
Os números foram inseridos da seguinte maneira. Cada roda girava independentemente da outra em seu próprio eixo. A rotação foi realizada por meio de um pino de acionamento, que foi inserido entre dois dentes adjacentes. O pino girou a roda até atingir um batente fixo na parte inferior da tampa e saliente no orifício à esquerda do número "1" do mostrador. Se, por exemplo, um pino foi colocado entre os dentes 3 e 4 e a roda foi girada completamente, ela girou 3/10 de seu círculo completo. A rotação de cada roda era transmitida através de um mecanismo interno para tambores cilíndricos, cujos eixos estavam localizados horizontalmente. Fileiras de números foram aplicadas na superfície lateral dos tambores. A soma de números, se sua soma não ultrapassasse 9, era muito simples e correspondia à soma de ângulos proporcionais a eles. Ao adicionar números grandes, uma operação chamada transferência de dez para o dígito mais alto tinha que ser realizada. As pessoas que contam em uma coluna ou em um ábaco devem fazê-lo em suas mentes. A máquina de Pascal realizava a transferência automaticamente, e esse era seu diferencial mais importante. Os elementos da máquina pertencentes à mesma categoria eram a roda de ajuste N, o tambor digital I e o contador, composto por quatro rodas de coroa B, uma engrenagem K e um mecanismo de transmissão de dezenas.
Observe que as rodas B1, B2 e K não são de fundamental importância para o funcionamento da máquina e foram utilizadas apenas para transferir o movimento da roda de ajuste N para o tambor digital I. Mas as rodas B3 e B4 eram elementos integrantes do contador e, portanto, foram chamados de "rodas de contagem". As rodas de contagem de duas categorias adjacentes A1 e A2 foram montadas rigidamente nos eixos. O mecanismo de transmissão de dezenas, que Pascal chamou de "sling", tinha o seguinte dispositivo. Na roda de contagem B1 da categoria júnior na máquina Pascal, havia hastes C1, que, quando o eixo A1 girava, engatavam nos dentes do garfo M localizado na extremidade da alavanca de dois joelhos D1. Esta alavanca girava livremente no eixo A2 da categoria sênior, enquanto o garfo carregava uma lingueta com mola. Quando, durante a rotação do eixo A1, a roda B1 atingiu a posição correspondente ao número 6, as hastes C1 se engajaram nos dentes do garfo e, no momento em que passou de 9 para 0, o garfo escorregou engajamento e, sob a ação de seu próprio peso, caiu arrastando um cachorro. Este último, ao mesmo tempo, empurrou a roda de contagem B2 da ordem mais alta um passo à frente (ou seja, girando-a ao longo do eixo A2 em 36 graus). A alavanca H, terminando em um dente em forma de machado, desempenhava o papel de um gancho que impedia que a roda B1 girasse na direção oposta quando o garfo era levantado. O mecanismo de transferência operava apenas com um sentido de rotação das rodas de contagem e não permitia que a operação de subtração fosse realizada girando as rodas na direção oposta. Portanto, Pascal substituiu a subtração pela adição com um complemento decimal. Vamos, por exemplo, é necessário subtrair 532 de 87. O método de adição leva às seguintes ações: 532-87=532-(100-13)=(532+13)-100=445. Você só precisa se lembrar de subtrair 100. Em uma máquina que tinha um certo número de dígitos, no entanto, não se podia se preocupar com isso. De fato, vamos subtrair 532-87 em uma máquina de seis bits. Então 000532+999913=1000445. Mas a primeira unidade será perdida por si só, já que a transferência da sexta categoria não tem para onde ir. A multiplicação também foi reduzida à adição. Então, por exemplo, se você quisesse multiplicar 365 por 132, teria que realizar a operação de adição cinco vezes: 365 Mas como a máquina de Pascal introduzia o termo de novo a cada vez, era extremamente difícil usá-lo para realizar essa operação aritmética. A próxima etapa no desenvolvimento da tecnologia da computação está associada ao nome do famoso matemático alemão Leibniz. Em 1672, Leibniz visitou o físico e inventor holandês Huygens e testemunhou quanto tempo e esforço foram tirados dele por vários cálculos matemáticos. Então Leibniz teve a ideia de criar uma máquina de somar. “É indigno de pessoas tão maravilhosas”, escreveu ele, “como escravos, perder tempo com trabalho computacional que poderia ser confiado a qualquer pessoa usando máquinas”. No entanto, a criação de tal máquina exigiu toda a sua engenhosidade de Leibniz. Sua famosa máquina de somar de 12 dígitos apareceu apenas em 1694 e custou uma soma redonda - 24000 táleres. O mecanismo da máquina foi baseado no rolo escalonado inventado por Leibniz, que era um cilindro com dentes de vários comprimentos aplicados a ele. Em uma máquina de somar de 12 bits, havia 12 desses rolos - um para cada dígito do número.
O aritmômetro consistia em duas partes - fixa e móvel. O contador principal de 12 bits e o rolo escalonado do dispositivo de entrada foram colocados no fixo. A parte de instalação deste dispositivo, que consistia em oito pequenos círculos digitais, estava localizada na parte móvel da máquina. No centro de cada círculo havia um eixo, no qual uma roda dentada E foi montada sob a tampa da máquina, e uma seta foi instalada no topo da tampa, que girava com o eixo. O final da seta pode ser definido contra qualquer número do círculo.
A entrada de dados na máquina foi realizada usando um mecanismo especial. O rolo escalonado S foi montado em um eixo de quatro lados com uma rosca tipo cremalheira dentada. Este trilho engatado com uma roda de dez dentes E, na circunferência da qual os números 0, 1 ... 9 foram aplicados. Girando esta roda para que uma ou outra figura apareça na ranhura da tampa, o rolete escalonado é movido paralelamente ao eixo da roda dentada F do contador principal. Se depois disso o rolo foi girado 360 graus, um, dois etc. foram engatados com a roda F. os passos mais longos, dependendo da magnitude do deslocamento. Assim, a roda F girou 0, 1...9 partes de uma volta completa; também foi girado o disco ou rolo R. Com a próxima revolução do rolo, o mesmo número foi novamente transferido para o contador. As máquinas computacionais de Pascal e Leibniz, assim como algumas outras que surgiram no século XVIII, não eram amplamente utilizadas. Eles eram complexos, caros, e a necessidade pública de tais máquinas ainda não era muito aguda. No entanto, à medida que a produção e a sociedade se desenvolveram, tal necessidade começou a ser sentida cada vez mais, principalmente na compilação de várias tabelas matemáticas. As tabelas aritméticas, trigonométricas e logarítmicas tornaram-se difundidas na Europa no final do século XVIII - início do século XIX; bancos e agências de crédito usavam tabelas de juros e companhias de seguros usavam tabelas de mortalidade. Mas as tabelas astronômicas e de navegação eram de importância absolutamente excepcional (especialmente para a Inglaterra - a "grande potência marítima"). As previsões dos astrônomos sobre a posição dos corpos celestes eram naquela época o único meio pelo qual os marinheiros podiam localizar seus navios em alto mar. Essas tabelas foram incluídas no "Calendário Marinho", que era publicado anualmente. Cada edição exigia o enorme trabalho de dezenas e centenas de contadores. Escusado será dizer o quão importante foi evitar erros na compilação dessas tabelas. Mas ainda havia erros. Centenas e até milhares de dados incorretos também continham as tabelas mais comuns - logarítmicas. Os editores dessas tabelas foram obrigados a manter uma equipe especial de revisores que verificavam os cálculos recebidos. Mas isso não salvou de erros. A situação era tão grave que o governo britânico - o primeiro do mundo - se encarregou de criar um computador especial para compilar tais tabelas. O desenvolvimento da máquina (chamada de máquina de diferenças) foi confiado ao famoso matemático e inventor inglês Charles Babbage. Em 1822, um modelo de trabalho foi feito. Como o significado da invenção de Babbage, bem como o significado do método de cálculo de máquina desenvolvido por ele, é muito grande, devemos nos deter mais detalhadamente na estrutura da máquina de diferenças. Consideremos primeiro, com um exemplo simples, o método proposto por Babbage para a compilação de tabelas. Digamos que você queira calcular a tabela de quartas potências dos membros da série natural 1, 2, 3...
Suponha que essa tabela já tenha sido calculada para alguns membros da série na coluna 1 - e os valores resultantes sejam inseridos na coluna 2. Subtraia o valor anterior de cada valor subsequente. Você obterá um valor sequencial das primeiras diferenças (coluna 3). Fazendo a mesma operação com as primeiras diferenças, obtemos as segundas diferenças (coluna 4), as terceiras (coluna 5) e, finalmente, as quartas (coluna 6). Nesse caso, a quarta diferença acaba sendo constante: a coluna 6 consiste no mesmo número 24. E isso não é um acidente, mas uma consequência de um importante teorema: se uma função (neste caso, é uma função y (x)=x4, onde x pertence ao conjunto dos números naturais) é um polinômio de enésimo grau, então em uma tabela com um degrau constante suas enésimas diferenças serão constantes. Agora é fácil adivinhar que você pode obter a tabela necessária com base na primeira linha usando a adição. Por exemplo, para continuar a tabela iniciada por mais uma linha, você precisa realizar adições: 156 + = 24 180 590 + = 180 770 1695 + = 770 2465 4096 + = 2465 6561 A Máquina Diferencial de Babbage usava as mesmas rodas de contagem decimal que a de Pascal. Para exibir o número, foram utilizados registradores, constituídos por um conjunto dessas rodas. Cada coluna da tabela, com exceção de 1, contendo um número de números naturais, tinha seu próprio caso; no total, havia sete deles na máquina, pois ela deveria calcular funções com sextas diferenças constantes. Cada registro consistia em 18 rodas digitais de acordo com o número de dígitos do número exibido e vários adicionais usados como conta-rotações para outros fins auxiliares. Se toda máquina registrar valores armazenados correspondentes à última linha de nossa tabela, para obter o próximo valor da função na coluna 2, foi necessário realizar sequencialmente um número de adições igual ao número de adições das diferenças disponíveis . A adição no motor de diferença ocorreu em duas etapas. Os registros contendo os termos foram deslocados para que os dentes das rodas de contagem engrenassem. Depois disso, as rodas de um dos registros giravam na direção oposta até que cada um deles chegasse a zero. Esta etapa foi chamada de fase de adição. Ao final desta etapa, em cada dígito do segundo registro, obteve-se a soma dos dígitos deste dígito, mas até o momento sem levar em consideração possíveis transferências de dígito para dígito. A transferência ocorreu na etapa seguinte, que foi chamada de fase de transferência, e foi realizada assim. Durante a transição de cada roda na fase de adição de 9 para 0, uma trava especial foi liberada nesta descarga. Na fase de transferência, todas as travas foram recolocadas em seus lugares por alavancas especiais, que simultaneamente giravam a roda da próxima posição mais alta em um passo. Cada uma dessas rotações poderia, por sua vez, causar uma transição de 9 para 0 em um dos dígitos e, portanto, a liberação do trinco, que voltava novamente ao seu lugar, fazendo uma transferência para o próximo dígito. Assim, o retorno das travas ocorreu de forma sequencial, a partir do dígito menos significativo do registro. Tal sistema é chamado de adição com transferência sucessiva. Todas as outras operações aritméticas foram realizadas por adição. Ao subtrair, as rodas de contagem giravam na direção oposta (ao contrário da máquina de Pascal, a máquina de diferenças de Babbage permitia que isso fosse feito). A multiplicação foi reduzida à adição sequencial e a divisão foi reduzida à subtração sequencial. O método descrito pode ser usado não apenas para calcular polinômios, mas também outras funções, por exemplo, logarítmica ou trigonométrica, embora, ao contrário dos polinômios, elas não tenham diferenças de liderança estritamente constantes. No entanto, todas essas funções podem ser representadas (expandidas) como uma série infinita, ou seja, um simples polinômio, e o cálculo de seus valores em qualquer ponto pode ser reduzido ao problema que já consideramos. Por exemplo, sen x e cos x podem ser representados como polinômios infinitos:
Essas expansões são verdadeiras para todos os valores de função de 0 a p/4 (p/4=3, 14/4=0) com altíssima precisão. Para valores de x maiores que p/785, a expansão tem uma forma diferente, mas em cada uma dessas seções, a função trigonométrica pode ser representada como algum tipo de polinômio. O número de pares de termos na série que são considerados nos cálculos depende da precisão que você deseja obter. Se, por exemplo, os requisitos de precisão forem pequenos, você pode limitar-se aos primeiros dois ou quatro termos da série e descartar o restante. Mas você pode pegar mais termos e calcular o valor da função em qualquer ponto com qualquer precisão. (Observe que 4!=2•1=2; 2!=3•1•2=3; 6!=4•1•2•3=4, etc.) Então o cálculo dos valores de qualquer função foi reduzido por Babbage a uma simples operação aritmética - adição. Além disso, ao passar de uma seção da função para outra, quando era necessário alterar o valor da diferença, o próprio mecanismo de diferença fazia uma chamada (ele chamava após a conclusão de um certo número de etapas de cálculo). A mera criação de um mecanismo de diferença teria dado a Babbage um lugar de honra na história da computação. No entanto, ele não parou por aí e começou a desenvolver um design muito mais complexo - um mecanismo analítico, que se tornou o antecessor direto de todos os computadores modernos. Qual era a especialidade dela? O fato é que a máquina de diferenças, em essência, ainda permaneceu apenas uma complexa máquina de somar e exigia para seu trabalho a presença constante de uma pessoa que guardava todo o esquema (programa) de cálculos em sua cabeça e direcionava as ações da máquina ao longo um caminho ou outro. É claro que essa circunstância foi um certo freio na realização dos cálculos. Por volta de 1834, Babbage teve a ideia: "Não é possível criar uma máquina que fosse uma calculadora universal, ou seja, que realizasse todas as ações sem intervenção humana e, dependendo da decisão obtida em determinado estágio, escolher o caminho adicional de cálculo?" Em essência, isso significava a criação de uma máquina controlada por programa. Esse programa, que antes estava na cabeça do operador, agora precisava ser decomposto em um conjunto de comandos simples e claros que seriam inseridos antecipadamente na máquina e controlariam seu funcionamento. Ninguém jamais havia tentado criar um computador assim, embora a própria ideia de dispositivos controlados por programas já tivesse sido realizada naquela época. Em 1804, o inventor francês Joseph Jacquard inventou o tear controlado por computador. O princípio de seu trabalho era o seguinte. O tecido, como você sabe, é um entrelaçamento de fios mutuamente perpendiculares. Essa tecelagem é realizada em um tear, no qual os fios da urdidura (longitudinais) são enfiados através dos olhos - orifícios nos laços de arame, e os fios transversais são puxados por essa urdidura em uma determinada ordem usando uma lançadeira. Com o tecido mais simples, os laços sobem através de um, e os fios da urdidura enfiados neles sobem de acordo. Entre os fios levantados e permanecendo no lugar, é formado um espaço no qual a lançadeira puxa o fio de trama (transversal) atrás dele. Depois disso, as alças levantadas são abaixadas e o restante é levantado. Com um padrão de tecelagem mais complexo, os fios tiveram que ser levantados em várias outras combinações. O tecelão baixava e levantava manualmente os fios da urdidura, o que geralmente levava muito tempo. Após 30 anos de trabalho persistente, Jacquard inventou um mecanismo que permitiu automatizar o movimento de loops de acordo com uma determinada lei usando um conjunto de cartões de papelão com furos - cartões perfurados. Na máquina de Jacquard, os olhos eram conectados com longas agulhas apoiadas em um cartão perfurado. Encontrando buracos, as agulhas se moveram para cima, como resultado dos olhos associados a elas. Se as agulhas repousassem sobre as cartas no local onde não havia furos, elas permaneceriam no lugar, segurando os olhos conectados a elas da mesma maneira. Assim, a folga para a lançadeira e, portanto, o padrão de tecelagem dos fios, foi determinado por um conjunto de orifícios nos cartões de controle correspondentes. Babbage pretendia usar o mesmo princípio de controle de cartões perfurados em sua máquina analítica. Ele trabalhou em seu dispositivo por quase quarenta anos: de 1834 até o fim de sua vida em 1871, mas não conseguiu terminá-lo. No entanto, depois dele havia mais de 200 desenhos da máquina e seus componentes individuais, providos de muitas notas detalhadas explicando seu trabalho. Todos esses materiais são de grande interesse e são um dos exemplos mais surpreendentes de previsão científica na história da tecnologia. De acordo com Babbage, o Analytical Engine deveria incluir quatro blocos principais.
O primeiro dispositivo, que Babbage chamou de "moinho", foi projetado para realizar quatro operações aritméticas básicas. O segundo dispositivo - "armazém" - destinava-se ao armazenamento de números (resultados iniciais, intermediários e finais). Os números iniciais foram enviados para a unidade aritmética, e dela foram obtidos os resultados intermediários e finais. O elemento principal desses dois blocos eram registros de rodas de contagem decimal. Cada um deles poderia ser definido em uma das dez posições e assim "lembrar" uma casa decimal. A memória da máquina tinha que incluir 1000 registros com 50 rodas numéricas cada, ou seja, poderia armazenar 1000 números de cinquenta dígitos. A velocidade dos cálculos realizados dependia diretamente da velocidade de rotação das rodas digitais. Babbage assumiu que adicionar dois números de 50 bits levaria 1 segundo. Para transferir números da memória para um dispositivo aritmético e vice-versa, deveria usar cremalheiras, que deveriam se encaixar nos dentes das rodas. Cada trilho se moveu até que a roda estivesse na posição zero. O movimento era transmitido por hastes e conexões a um dispositivo aritmético, onde era utilizado por meio de outro trilho para mover uma das rodas registradoras até a posição desejada. A operação básica da máquina analítica, como a da diferença, era a adição, e o resto se reduzia a ela. Para girar muitas engrenagens, era necessária uma força externa significativa, que Babbage esperava obter através do uso de uma máquina a vapor. O terceiro dispositivo, que controlava a sequência das operações, a transmissão dos números nos quais as operações eram executadas e a saída dos resultados, eram estruturalmente dois mecanismos de cartões perfurados jacquard. Os cartões perfurados de Babbage diferiam dos cartões perfurados de Jacquard, que controlavam apenas uma operação - levantar o fio para obter o padrão desejado no processo de fabricação do tecido. A gestão do Analytical Engine incluía vários tipos de operações, cada uma das quais exigia um tipo especial de cartões perfurados. Babbage identificou três tipos principais de cartões perfurados: operacionais (ou cartões de operação), variáveis (ou cartões variáveis) e numéricos. Cartões perfurados operacionais controlavam a máquina. De acordo com os comandos nocauteados sobre eles, ocorria adição, subtração, multiplicação e divisão de números que estavam no dispositivo aritmético. Uma das ideias mais perspicazes de Babbage foi a introdução de um comando de desvio condicional no conjunto de comandos dados pela sequência de cartões perfurados operacionais. Por si só, o controle do programa (sem o uso de um salto condicional) não seria suficiente para implementar de forma eficiente o trabalho computacional complexo. A sequência linear de operações é estritamente definida em todos os pontos. Esta estrada é conhecida em todos os detalhes até o fim. O conceito de "salto condicional" significa a transição do computador para outra seção do programa, se uma determinada condição for atendida anteriormente. Tendo a oportunidade de usar uma instrução de desvio condicional, o compilador do programa de computador não precisava saber em que estágio do cálculo o atributo que influencia a escolha do curso de cálculo mudará. A utilização de uma transição condicional permitiu analisar a situação atual em cada bifurcação da estrada e, com base nisso, escolher um ou outro caminho. Os comandos condicionais podem ter uma forma muito diferente: comparar números, selecionar os valores numéricos necessários, determinar o sinal de um número etc. A máquina realizou operações aritméticas, comparou os números recebidos entre si e, de acordo com isso, realizou outras operações. Assim, a máquina poderia ir para outra parte do programa, pular alguns comandos ou retornar à execução de alguma parte do programa novamente, ou seja, organizar um ciclo. A introdução da instrução de desvio condicional marcou o início do uso de operações lógicas, e não apenas computacionais, na máquina.
Com a ajuda do segundo tipo de cartões perfurados - variáveis (ou, na terminologia de Babbage, "cartões de variáveis"), os números eram transferidos entre a memória e um dispositivo aritmético. Esses cartões não indicavam os números em si, mas apenas os números dos registradores de memória, ou seja, células para armazenar um número. Babbage chamou os registros de memória de "variáveis", indicando que o conteúdo do registro muda dependendo do número armazenado nele. A Máquina Analítica de Babbage usava três tipos de mapas de variáveis: para transferir um número para uma unidade aritmética e armazená-lo ainda mais na memória, para uma operação semelhante, mas sem armazená-lo na memória, e para inserir um número na memória. Eles são chamados de: 1) "mapa zero" (o número é chamado a partir do registro de memória, após o qual o valor zero é definido no registro); 2) "cartão de poupança" (o número é chamado a partir da memória sem alterar o conteúdo do registo); 3) "cartão receptor" (o número é transferido da unidade aritmética para a memória e escrito em um dos registradores). Quando a máquina estava funcionando, havia uma média de três cartões variáveis por cartão perfurado operacional. Eles indicavam o número de células de memória (endereços, na terminologia moderna) em que os dois números originais estavam armazenados e o número da célula onde o resultado foi escrito.
Os cartões perfurados numéricos representavam o principal tipo de cartões perfurados da máquina analítica. Com a ajuda deles, foram inseridos números iniciais para resolver um determinado problema e novos dados que podem ser necessários no decorrer dos cálculos. Depois de realizar os cálculos propostos, a máquina eliminou a resposta em um cartão perfurado separado. O operador acrescentou esses cartões perfurados na ordem de seus números e depois os usou em seu trabalho (eram, por assim dizer, sua memória externa). Por exemplo, quando durante os cálculos a máquina precisava do valor do logaritmo 2303, mostrava-o em uma janela especial e fazia uma chamada. O operador encontrou o cartão perfurado necessário com o valor desse logaritmo e o inseriu na máquina. “Todos os cartões”, escreveu Babbage, “uma vez usados e feitos para uma tarefa, podem ser usados para resolver os mesmos problemas com outros dados, então não há necessidade de prepará-los uma segunda vez - eles podem ser cuidadosamente preservados para uso futuro; com o tempo, a máquina terá sua própria biblioteca. O quarto bloco destinava-se à recepção de números iniciais e emissão de resultados finais e era composto por diversos dispositivos que fornecem operações de E/S. Os números iniciais eram inseridos na máquina pelo operador e inseridos em seu dispositivo de armazenamento, de onde os resultados finais eram extraídos e emitidos. A máquina pode imprimir a resposta em um cartão perfurado ou em papel. Em conclusão, deve-se notar que se o desenvolvimento do hardware do motor analítico está associado exclusivamente ao nome de Babbage, então a programação de resolução de problemas nesta máquina é com o nome de sua boa amiga - Lady Ada Lovelace, filha de o grande poeta inglês Byron, apaixonado por matemática e perfeitamente entendido em problemas científicos e técnicos complexos. Em 1842, um artigo do jovem matemático Menabrea foi publicado na Itália descrevendo a máquina analítica de Babbage. Em 1843, Lady Lovelace traduziu este artigo para o inglês com comentários extensos e profundos. Para ilustrar o funcionamento da máquina, Lady Lovelace anexou ao artigo um programa que ela compilou para calcular os números de Bernoulli. Seu comentário é essencialmente o primeiro trabalho em programação. O Analytical Engine acabou por ser um dispositivo muito caro e complexo. O governo britânico, que inicialmente financiou o trabalho de Babbage, logo se recusou a ajudá-lo, então ele nunca conseguiu concluir seu trabalho. A complexidade desta máquina foi justificada? Não em tudo. Muitas operações (especialmente a entrada-saída de números e sua transmissão de um dispositivo para outro) seriam bastante simplificadas se Babbage usasse sinais elétricos. No entanto, sua máquina foi concebida como um dispositivo puramente mecânico, sem elementos elétricos, o que muitas vezes coloca seu inventor em uma posição muito difícil. Enquanto isso, o relé eletromecânico, que mais tarde se tornou o principal elemento dos computadores, já havia sido inventado na época: foi inventado em 1831 simultaneamente por Henry e Salvatore dal Negro. O uso de relés eletromecânicos na informática remonta à invenção do americano Herman Gollerith, que criou um conjunto de dispositivos projetados para processar grandes quantidades de dados (por exemplo, resultados de censos). A necessidade de tal máquina era muito grande. Por exemplo, os resultados do censo de 1880 foram processados nos EUA por 7 anos. Um período tão significativo foi explicado pelo fato de que foi necessário sortear um grande número de cartões (um para cada um dos 5 milhões de habitantes) com um conjunto muito grande - 50 títulos - de respostas às perguntas feitas no cartão. Gollerith conhecia em primeira mão esses problemas - ele próprio era funcionário do US Census Bureau - uma agência de estatística encarregada de realizar censos populacionais e processar seus resultados. Trabalhando muito na classificação de cartões, Gollerith teve a ideia de mecanizar esse processo. Primeiro, ele substituiu os cartões por cartões perfurados, ou seja, em vez de marcar a opção de resposta a lápis, ele inventou um furo. Para isso, ele desenvolveu um cartão especial perfurado de 80 colunas, no qual todas as informações sobre uma pessoa registradas durante o censo foram aplicadas na forma de perfurações. (A forma desse cartão perfurado não mudou significativamente desde então.) Normalmente, uma tira de cartão perfurado era usada para responder a uma pergunta, o que tornava possível fixar dez respostas (por exemplo, para uma pergunta sobre religião). Em alguns casos (por exemplo, a pergunta sobre a idade) duas colunas podiam ser usadas, o que dava cem respostas. A segunda ideia de Gollerith foi consequência da primeira - ele criou o primeiro complexo de contagem e perfuração do mundo, que incluía um perfurador de entrada (para furos) e um tabulador com dispositivo para classificação de cartões perfurados. A perfuração era realizada manualmente em um furador, que consistia em um corpo de ferro fundido com um receptor para um cartão e o próprio furador. Uma placa com várias fileiras de furos foi colocada acima do receptor; quando a alça do perfurador era pressionada sobre um deles, o cartão sob a placa era perfurado da maneira necessária. Um soco complexo perfurou os dados gerais em um grupo de cartões com um toque da mão. A máquina de triagem consistia em várias caixas com tampas. Os cartões foram empurrados à mão entre um conjunto de pinos de mola e tanques cheios de mercúrio. Quando o pino caiu no buraco, tocou o mercúrio e completou o circuito elétrico. Ao mesmo tempo, a tampa de uma certa caixa foi levantada e o operador colocou um cartão lá. O tabulador (ou máquina de somar) fazia furos em cartões perfurados, tomando-os como os números correspondentes e contando-os. O princípio de seu funcionamento era semelhante a uma máquina de triagem e baseava-se no uso de um relé eletromecânico (também foram usados pinos de mola e copos com mercúrio). Quando as hastes, durante o movimento dos cartões perfurados, caíam pelos orifícios em copos com mercúrio, o circuito elétrico era fechado e um sinal elétrico era transmitido ao contador, que acrescentava uma nova unidade ao número nele contido. Cada contador tinha um mostrador com uma seta que movia uma unidade de escala quando um buraco era detectado. Se o tabulador tivesse 80 contadores, poderia calcular simultaneamente os resultados para 8 questões (com dez respostas possíveis para cada uma delas). Para calcular os resultados das 8 questões seguintes, o mesmo cartão perfurado foi novamente passado pelo tabulador por sua outra seção. Até 1000 cartões por hora foram classificados em uma corrida. A primeira patente (para uma ideia) Gollerith recebeu em 1884. Em 1887, sua máquina foi testada em Baltimore ao compilar as tabelas de mortalidade da população. Em 1889, ocorreu o teste decisivo do sistema - um censo experimental foi realizado em quatro distritos da cidade de San Louis. A máquina de Gollerith estava muito à frente dos dois sistemas manuais concorrentes (funcionava 10 vezes mais rápido). Depois disso, o governo dos EUA firmou um acordo com a Gollerith para o fornecimento de equipamentos para o censo de 1890. Os resultados deste censo, graças ao tabulador, foram processados em apenas dois anos. Como resultado, a máquina ganhou rapidamente reconhecimento internacional e foi usada em muitos países no processamento de dados do censo populacional. Em 1902, Gollerith criou um tabulador automático, no qual os cartões eram alimentados não manualmente, mas automaticamente, e modernizou sua máquina de classificação. Em 1908, ele criou um modelo fundamentalmente novo da máquina de somar. Em vez de copos com mercúrio, escovas de contato foram usadas aqui, com a ajuda das quais os circuitos elétricos dos eletroímãs foram fechados. Este último garantiu a conexão e desconexão do eixo de rotação contínua com as rodas digitais do contador totalizador. As rodas digitais giravam através de engrenagens a partir de um eixo de rotação contínua que carregava garras deslizantes controladas por eletroímãs. Quando um orifício foi encontrado sob a escova de contato, o circuito elétrico do eletroímã correspondente foi fechado e acionou a embreagem, que conectou a roda digital ao eixo rotativo, após o que o conteúdo do contador nesta categoria aumentou em um número proporcional a uma volta da roda. A transferência de dezenas foi realizada da mesma maneira que no mecanismo de diferença de Babbage. O trabalho iniciado por Gollerith continua até hoje. Em 1896, fundou a Tabulayting Machine Company, empresa especializada na produção de máquinas perfuradas e cartões perfurados. Em 1911, depois que Gollerith deixou a atividade empresarial, sua empresa se fundiu com outras três e foi transformada na agora amplamente conhecida corporação mundial IBM, a maior desenvolvedora no campo da tecnologia da computação. O tabulador Gollerith foi o primeiro a utilizar elementos eletromecânicos. O maior desenvolvimento da tecnologia computacional foi associado a uma ampla e multifacetada aplicação da eletricidade. Em 1938, o engenheiro alemão Konrad Zuse criou o primeiro computador eletrônico de retransmissão Z1 em relés telefônicos (o dispositivo de gravação permaneceu mecânico). Em 1939, surgiu um modelo Z2 mais avançado e, em 1941, Zuse montou o primeiro computador funcional do mundo com controle de programa, que usava um sistema binário. Todas essas máquinas morreram durante a guerra e, portanto, não tiveram muito impacto na história subsequente da computação. Independentemente de Zuse, Howard Aiken estava envolvido na construção de computadores de retransmissão nos EUA. Como estudante de pós-graduação na Universidade de Harvard, Aiken foi forçado a fazer muitos cálculos complexos enquanto trabalhava em sua dissertação. Para reduzir o tempo de trabalho computacional, ele começou a inventar máquinas simples para a solução automática de problemas particulares. No final, ele teve a ideia de um computador universal automático capaz de resolver uma ampla gama de problemas científicos. Em 1937, a IBM se interessou por seu projeto. Uma equipe de engenheiros foi designada para ajudar Aiken. Logo começaram os trabalhos de construção da máquina Mark-1. Relés, contadores, contatos e dispositivos de entrada e saída de cartões perfurados eram peças padrão de tabuladores fabricados pela IBM. Em 1944, o carro foi montado e doado à Universidade de Harvard. "Mark-1" permaneceu uma máquina do tipo de transição. Fez uso extensivo de elementos mecânicos para representar números e elementos eletromecânicos para controlar o funcionamento da máquina. Como na Máquina Analítica de Babbage, os números eram armazenados em registros que consistiam em rodas de contagem de dez dentes. No total, o "Mark-1" tinha 72 registros e, além disso, uma memória adicional de 60 registros formada por chaves mecânicas. Constantes foram inseridas manualmente nesta memória adicional - números que não mudaram durante o cálculo. Cada registro continha 24 rodas, sendo 23 delas usadas para representar o próprio número e uma para representar seu sinal. Os registros tinham um mecanismo de transferência de dezenas e, portanto, eram usados não apenas para armazenar números, mas também para realizar operações sobre eles: um número localizado em um registro poderia ser transferido para outro e adicionado (ou subtraído) ao número localizado nele. Estas operações foram realizadas da seguinte forma. Através das rodas de contagem que formavam o registro, passava um eixo em rotação contínua, e qualquer roda podia ser conectada a esse eixo com a ajuda de interruptores eletromecânicos por um tempo constituindo uma certa parte de sua revolução. Uma escova (contato de leitura) foi anexada a cada número, que, quando a roda girava, corria ao longo de um contato fixo de dez segmentos. Isso possibilitou obter o equivalente elétrico do dígito armazenado em um determinado bit do registrador. Para realizar a operação de soma, foram estabelecidas tais conexões entre as escovas do primeiro registro e o mecanismo de comutação do segundo registro que as rodas deste último foram conectadas ao eixo por uma parte do período de rotação proporcional aos números nos correspondentes dígitos do primeiro registro. Todas as chaves eram desligadas automaticamente ao final da fase de adição, que não ocupava mais da metade do período de rotatividade. O mecanismo de soma em si não diferia essencialmente do somador dos tabuladores de Gollerita. A multiplicação e a divisão foram realizadas em um dispositivo separado. Além disso, a máquina tinha blocos embutidos para calcular as funções sen x, log x e algumas outras. A velocidade de execução de operações aritméticas em média: adição e subtração - 0 segundos, multiplicação - 3 segundos, divisão - 5 segundos. Ou seja, "Mark-7" era equivalente a cerca de 15 operadores trabalhando com máquinas de calcular manuais. O trabalho do "Mark-1" foi controlado por comandos inseridos usando uma fita perfurada. Cada comando foi codificado perfurando-se furos em 24 colunas ao longo da fita e lidos com escovas de contato. A perfuração de cartões perfurados foi convertida em um conjunto de pulsos. O conjunto de sinais elétricos obtidos como resultado da "sondagem" das posições de uma determinada linha determinava as ações da máquina em uma determinada etapa dos cálculos. Com base nesses comandos, o dispositivo de controle assegurava a execução automática de todos os cálculos desse programa: buscava números das células de memória, dava o comando para a operação aritmética necessária, enviava os resultados dos cálculos para um dispositivo de memória, etc. Aiken usava máquinas de escrever e perfuradores como dispositivo de saída. Após o lançamento do Mark 1, Aiken e sua equipe começaram a trabalhar no Mark 2, terminando em 1947. Essa máquina não tinha mais rodas digitais mecânicas, e relés elétricos eram usados para memorizar números, realizar operações aritméticas e operações de controle - eram 13 mil no total. Os números em "Mark-2" foram representados em forma binária. O sistema binário foi proposto por Leibniz, que o considerou o mais conveniente para uso em computadores. (Um tratado sobre este assunto foi escrito em 1703.) Ele também desenvolveu a aritmética dos números binários. No sistema binário, tal como no sistema decimal a que estamos habituados, o valor de cada dígito é determinado pela sua posição, só que em vez do habitual conjunto de dez dígitos, são utilizados apenas dois: 0 e 1. Para compreender a notação binária de um número, vamos primeiro olhar para o significado da conhecida notação decimal. Por exemplo, o número 2901 pode ser representado da seguinte forma:
Ou seja, os números: 2, 9, 0, 1 indicam quantas unidades existem em cada uma das casas decimais do número. Se o sistema binário for usado em vez do sistema decimal, cada dígito indicará quantas unidades estão contidas em cada um dos dígitos binários. Por exemplo, o número 13 é escrito em binário assim:
O sistema binário é bastante complicado (digamos, o número 9000 terá 14 dígitos), mas é muito conveniente ao realizar operações aritméticas. Toda a tabuada é reduzida a uma única igualdade 1 * 1 \u1d 1, e a adição tem apenas três regras: 0) 0 + 0 dá 2; 0) 1+1 dá 3; 1) 1+0 dá 1 e transfere XNUMX para o bit mais significativo. Por exemplo: Mais de 01010
A aprovação do sistema binário na informática deveu-se à existência de análogos técnicos simples de um dígito binário - relés elétricos que poderiam estar em um de dois estados estáveis, sendo o primeiro colocado em linha com 0, o outro com 1 A transmissão de um número binário por impulsos elétricos de um dispositivo de máquina para outro também é muito conveniente. Para isso, bastam dois pulsos de formatos diferentes (ou até um, se a ausência de sinal for considerada zero). Deve-se notar que as máquinas de retransmissão, criadas no início da história dos computadores, não foram usadas por muito tempo na tecnologia da computação, pois eram de ação relativamente lenta. Assim como em uma máquina mecânica a velocidade dos cálculos era determinada pela velocidade com que as rodas digitais eram giradas, o tempo de operação de um circuito composto por um relé era igual ao tempo que o relé levava para operar e liberar. Enquanto isso, mesmo os relés mais rápidos não conseguiam fazer mais de 50 operações por segundo. Por exemplo, no Mark-2, as operações de adição e subtração levaram em média 0,125 segundos e a multiplicação levou 0,25 segundos. Análogos eletrônicos de relés eletromecânicos - gatilhos de lâmpadas a vácuo - tinham velocidade muito maior. Eles se tornaram os elementos básicos na primeira geração de computadores.
O gatilho foi inventado em 1919 pelo engenheiro russo Bonch-Bruevich e independentemente pelos americanos Eccles e Jordan. Este elemento eletrônico continha duas lâmpadas e, a qualquer momento, poderia estar em um dos dois estados estáveis. Era um relé eletrônico, ou seja, na presença de um sinal de pulso de controle, ligava a linha ou circuito de corrente elétrica desejado. Como um relé eletromecânico, pode ser usado para representar um único dígito binário.
Vamos considerar o princípio de operação de um relé eletrônico, composto por dois tubos de vácuo-triodos L1 e L2, que podem ser localizados em um cilindro. A tensão do ânodo L1 através da resistência R1 é fornecida à grade L2 e a tensão do ânodo L2 é fornecida à grade L1 através da resistência R2. Dependendo da posição em que o gatilho está localizado, ele fornece um nível de tensão baixo ou alto na saída. Vamos primeiro supor que a lâmpada L1 está aberta e L2 está fechada. Então a tensão no ânodo de uma lâmpada aberta é pequena em comparação com a tensão no ânodo de uma lâmpada fechada. De fato, como a lâmpada aberta L1 conduz corrente, então a maior parte da tensão do ânodo cai (de acordo com a lei de Ohm u = i • R) em uma alta resistência do ânodo Ra, e na própria lâmpada (conectada em série com ela) apenas uma pequena parte da queda de tensão. Por outro lado, em uma lâmpada fechada, a corrente do ânodo é zero e toda a tensão da fonte de tensão do ânodo cai na lâmpada. Portanto, muito menos queda de tensão do ânodo de uma lâmpada aberta L1 para a grade de uma lâmpada fechada do que do ânodo de uma lâmpada fechada L2 para a grade L1. A tensão negativa Ec aplicada às grades de ambas as lâmpadas é escolhida de modo que a primeira lâmpada L2 seja fechada, apesar da presença de uma pequena tensão positiva aplicada do ânodo da lâmpada aberta L1 à grade L2. A lâmpada L1 está inicialmente aberta, pois a tensão positiva aplicada à grade do ânodo L2 é muito maior que Ec. Assim, devido à conexão entre as lâmpadas através das resistências R1 e R2, o estado inicial é estável e persistirá pelo tempo que desejar. Vamos agora considerar o que acontecerá no circuito se uma tensão negativa for aplicada do lado de fora à grade de uma lâmpada aberta L1 na forma de um pulso de corrente curto de tal magnitude que a feche. Com uma diminuição na corrente do ânodo i1, a tensão no ânodo da lâmpada L1 aumentará acentuadamente e, consequentemente, a tensão positiva na grade L2 aumentará. Isso fará com que a corrente anódica i2 apareça através da lâmpada L2, devido à qual a tensão anódica na lâmpada L2 diminuirá. Diminuir a tensão positiva na rede L1 levará a uma diminuição ainda maior da corrente em L1, etc. Como resultado de um processo de crescimento semelhante a uma avalanche de diminuição da corrente em L1 e aumento da corrente em L2, a lâmpada L1 fechará e a lâmpada L2 será aberta. Assim, o circuito se moverá para uma nova posição de equilíbrio estável, que será mantida por um tempo arbitrariamente longo: o pulso aplicado na entrada 1 é “lembrado”. O retorno do relé eletrônico ao seu estado original pode ser feito aplicando um pulso de tensão negativo à entrada. O gatilho possui, portanto, duas posições de equilíbrio estáveis: a inicial, em que L1 está aberta e L2 está fechada, e o chamado estado "excitado", em que L1 está fechada e L2 está aberta. O tempo para transferir um trigger de um estado para outro é muito curto. Os capacitores C1 e C2 servem para acelerar o funcionamento da lâmpada. A ideia de um computador em que tubos de vácuo seriam usados como dispositivo de armazenamento pertence ao cientista americano John Mauchly. Nos anos 30, ele fez vários dispositivos de computação simples em gatilhos. No entanto, pela primeira vez, outro matemático americano, John Atanasov, usou tubos eletrônicos para criar um computador. Seu carro já estava quase completo em 1942. Mas devido à guerra, o financiamento para o trabalho foi cortado. No ano seguinte, 1943, enquanto trabalhava na Moore School of Electrical Engineering da Universidade da Pensilvânia, Mauchly, junto com Presper Eckert, desenvolveu seu próprio projeto para um computador eletrônico. O Departamento de Artilharia dos EUA se interessou por este trabalho e ordenou a construção da máquina da Universidade da Pensilvânia. Mouchli foi nomeado o chefe do trabalho. Para ajudá-lo, foram cedidos mais 11 engenheiros (incluindo Eckert), 200 técnicos e um grande número de trabalhadores. Durante dois anos e meio, até 1946, essa equipe trabalhou na criação de um "integrador e calculadora digital eletrônica" - ENIAC. Era uma estrutura enorme, cobrindo uma área de 135 metros quadrados, com uma massa de 30 toneladas e um consumo de energia de 150 quilowatts. A máquina consistia em quarenta painéis contendo 18000 tubos de vácuo e 1500 relés. No entanto, o uso de tubos de vácuo em vez de elementos mecânicos e eletromecânicos permitiu aumentar drasticamente a velocidade. O ENIAC gastou apenas 0 segundos para multiplicação e 0028 segundos para adição, ou seja, funcionou mil vezes mais rápido que as máquinas de relé mais avançadas. O dispositivo ENIAC em termos gerais foi o seguinte. A cada dez gatilhos eram ligados nele em um anel, formando um contador decimal, que funcionava como uma roda de contagem de uma máquina mecânica. Dez desses anéis mais dois gatilhos para representar o sinal de um número formavam um registro de armazenamento. No total, o ENIAC tinha vinte desses registros. Cada registrador era equipado com circuitos para transmissão de dezenas e podia ser usado para realizar somas e subtrações. Outras operações aritméticas foram realizadas em blocos especiais. Os números eram transmitidos de uma parte da máquina para outra através de grupos de 11 condutores - um para cada casa decimal e sinal do número. O valor do valor transmitido foi igual ao número de pulsos que fluem através deste condutor. A operação dos blocos individuais da máquina era controlada por um oscilador mestre que gerava uma sequência de determinados sinais que "abriam" e "fechavam" os blocos correspondentes da máquina eletrônica. A entrada de números na máquina era feita com cartões perfurados. O controle do software foi realizado por meio de plugues e campos de composição (placa de comutação) - desta forma, os blocos individuais da máquina foram conectados uns aos outros. Esta foi uma das deficiências significativas do projeto descrito. Levou vários dias para preparar a máquina para o trabalho - conectando os blocos na placa de comutação, enquanto a tarefa às vezes era resolvida em apenas alguns minutos. Em geral, o ENIAC ainda era um computador pouco confiável e imperfeito. Muitas vezes falhava, e a busca por um mau funcionamento às vezes era adiada por vários dias. Além disso, esta máquina não pôde armazenar informações. Para eliminar a última desvantagem, Eckert em 1944 apresentou a ideia de um programa armazenado na memória. Foi uma das descobertas técnicas mais importantes da história da computação. Sua essência era que os comandos do programa tinham que ser apresentados na forma de um código numérico, ou seja, codificados no sistema binário (como números) e inseridos na máquina, onde seriam armazenados junto com os números originais. Para memorizar esses comandos e operações com eles, deveria usar os mesmos dispositivos - gatilhos, como para ações com números. Da memória, instruções individuais deveriam ser recuperadas na unidade de controle, onde seu conteúdo era decodificado e usado para transferir números da memória para uma unidade aritmética para realizar operações sobre eles e enviar os resultados de volta à memória. Enquanto isso, após o fim da Segunda Guerra Mundial, novos computadores eletrônicos começaram a aparecer um após o outro. Em 1948, os britânicos Kilburn e Williams da Universidade de Manchester criaram a máquina MARK-1, na qual a ideia de um programa armazenado foi implementada pela primeira vez. Em 1947, Eckert e Mouchli fundaram sua própria empresa e, em 1951, iniciaram a produção em série de suas máquinas UNIVAC-1. Em 1951, apareceu o primeiro computador soviético MESM do acadêmico Lebedev. Finalmente, em 1952, a IBM lançou seu primeiro computador industrial, o IBM 701. Todas essas máquinas tinham muito em comum em seu design. Falaremos agora sobre esses princípios gerais de operação de todos os computadores da primeira geração. Os computadores eletrônicos, como você sabe, fizeram uma verdadeira revolução no campo de aplicação da matemática para resolver os problemas mais importantes da física, mecânica, astronomia, química e outras ciências exatas. Aqueles processos que antes eram completamente incalculáveis começaram a ser modelados com bastante sucesso em computadores. A solução de qualquer problema era reduzida às seguintes etapas sucessivas: 1) com base no valor da essência física, química e outras de qualquer processo em estudo, o problema era formulado na forma de fórmulas algébricas, equações diferenciais ou integrais, ou outras relações matemáticas; 2) usando métodos numéricos, o problema foi reduzido a uma sequência de operações aritméticas simples; 3) foi compilado um programa que determinava a ordem estrita de execução das ações na sequência estabelecida. (O computador realizava, em princípio, o mesmo procedimento de uma pessoa trabalhando em uma máquina de somar, mas milhares ou dezenas de milhares de vezes mais rápido.) As instruções do programa compilado eram escritas usando um código especial. Cada um desses comandos determinava alguma ação específica por parte da máquina. Qualquer comando, exceto o código da operação que está sendo executada, continha endereços. Normalmente havia três deles - o número das células de memória, de onde foram retirados os dois números iniciais (1º e 2º endereço), e depois o número da célula para onde o resultado foi enviado (3º endereço). Assim, por exemplo, o comando +/17/25/32 indicava que os números da 17ª e 25ª células deveriam ser somados e o resultado enviado para a 32ª célula. Um comando unicast também pode ser usado. Neste caso, para realizar uma operação aritmética em dois números e enviar o resultado, eram necessários três comandos: o primeiro comando chamava um dos números da memória para a unidade aritmética, o comando seguinte chamava o segundo número e realizava a operação especificada no números, o terceiro comando enviou o resultado para a memória. Assim, o trabalho do computador foi realizado no nível do programa. Os processos computacionais procederam da seguinte forma. O funcionamento do computador era controlado por meio de chaves e interruptores eletrônicos, chamados de circuitos lógicos, e cada chave eletrônica, ao receber um sinal de pulso de tensão de controle, acionava a linha ou circuito de corrente elétrica desejado. A chave eletrônica mais simples já poderia ser uma lâmpada de elétrons de três eletrodos, que é travada quando uma grande tensão negativa é aplicada à sua grade e abre se uma tensão positiva for aplicada à grade. Neste caso, seu funcionamento pode ser representado como uma válvula de controle que passa o pulso A por si mesma quando um pulso de controle B é aplicado em sua segunda entrada. não passar para sua saída. Assim, somente quando ambos os pulsos A e B coincidem no tempo, um pulso aparecerá na saída. Tal circuito é chamado de circuito de coincidência, ou um circuito lógico "e". Junto com ele, todo um conjunto de outros circuitos lógicos é usado no computador. Por exemplo, o circuito "ou", que dá um pulso de saída quando aparece na linha A ou B, ou simultaneamente nas duas linhas. Outro esquema lógico é o esquema "não". Ao contrário, proíbe a passagem de um pulso pela válvula se outro pulso inibidor for aplicado simultaneamente, bloqueando a lâmpada. Usando esses dois circuitos, você pode montar um somador de um bit. Suponha que os pulsos A e B sejam transmitidos simultaneamente para os circuitos "não" e "e", e o barramento "soma" (fio) esteja conectado ao circuito "não" e o barramento "carry" ao circuito "e" . Suponha que um pulso (ou seja, um) seja recebido na entrada A, mas nenhuma entrada seja recebida na entrada B. Então "no" perderá o pulso para o barramento "sum", e o circuito "and" não o perderá, ou seja, o bit lerá "1", que corresponde à regra de adição binária. Suponha que as entradas A e B recebam pulsos ao mesmo tempo. Isso significa que o código do número A é "1" e o código de B também é "1". O circuito "não" não perderá dois sinais e a saída "soma" será "0". Mas o circuito "e" os ignorará, e haverá um pulso no barramento "transferência", ou seja, "1 " será transferido para o somador do bit adjacente. Nos primeiros computadores, os gatilhos serviam como o principal elemento de memória e um somador aritmético. O circuito de disparo, como lembramos, tinha dois estados de equilíbrio estáveis. Ao atribuir um valor de código "0" a um estado e um valor de código "1" a outro, foi possível usar células de disparo para armazenar códigos temporariamente. Em circuitos de soma, quando um pulso é aplicado à entrada de contagem do trigger, ele passa de um estado de equilíbrio para outro, o que atende totalmente às regras de adição para um dígito binário (0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1 =0 e transferência de um para o bit mais significativo). Neste caso, a posição inicial do trigger foi considerada como o código do primeiro número, e o pulso aplicado foi considerado como o código do segundo número. O resultado foi formado na célula gatilho. Para implementar um circuito de soma para vários dígitos binários, era necessário garantir a transferência de uma unidade de um dígito para outro, o que era realizado por um circuito especial. O somador era a parte principal da unidade aritmética da máquina. O somador para adição paralela de códigos numéricos de uma só vez para todos os dígitos tinha tantos somadores de um dígito quanto o código numérico continha dígitos binários. Os números adicionados A e B entravam no somador a partir de dispositivos de memória e eram armazenados lá com a ajuda de flip-flops. Os registradores também consistiam em um número de flip-flops interconectados T1, T2, T3, T'1, T'2, etc., nos quais o código numérico era fornecido pelo dispositivo de gravação em paralelo para todos os dígitos. Cada flip-flop armazenava um código de um dígito, então n relés eletrônicos eram necessários para armazenar um número com n dígitos binários. Os códigos dos números armazenados nos registradores foram somados simultaneamente para cada dígito usando os somadores S1, S2, S3, etc., cujo número era igual ao número de dígitos. Cada somador de um dígito tinha três entradas. Os códigos dos números A e B do mesmo dígito foram alimentados na primeira e na segunda entradas. A terceira entrada servia para transmitir o código de transferência do dígito anterior.
Como resultado da soma dos códigos de um determinado dígito, obteve-se o código de soma no barramento de saída do somador, e o código “1” ou “0” no barramento de “transferência” para transferência para o próximo dígito. Suponhamos, por exemplo, que fosse necessário somar dois números A=5 (no código binário 0101) e B=3 (no código binário 0011). Quando esses números foram somados em paralelo, os códigos A1=2, A3=1, A1=2, A0=3 e B1=4, B0=1, B1=2, B1=3 foram respectivamente aplicados às entradas A0, A4 e A0 do somador. Como resultado da soma dos códigos do primeiro dígito no somador S1, obtemos 1+1=0 e o código de transferência "1" para o próximo dígito. O somador S2 adicionou três códigos: os códigos A2, B2 e o código de transporte do somador anterior S1. Como resultado, obtemos 0+1+1=0 e o código de transferência "1" para o próximo terceiro dígito. O somador S3 soma os códigos do terceiro dígito dos números A e B e o código de transferência "1" do segundo dígito, ou seja, teremos 1+0+1=0 e novamente transferimos para o próximo quarto dígito. Como resultado da adição dos pneus "soma", obtemos o código 1000, que corresponde ao número 8. Em 1951, Joy Forrester fez uma importante melhoria no projeto do computador, patenteando a memória em núcleos magnéticos, que podiam memorizar e armazenar pulsos aplicados a eles por um tempo arbitrariamente longo.
Os núcleos eram feitos de ferrita, obtida pela mistura de óxido de ferro com outras impurezas. Havia três enrolamentos no núcleo. Os enrolamentos 1 e 2 serviram para magnetizar o núcleo em uma direção ou outra, aplicando pulsos de polaridade diferente a eles. O enrolamento 3 era o enrolamento de saída da célula, no qual a corrente era induzida quando o núcleo era remagnetizado. Em cada núcleo, por meio de sua magnetização, era armazenado o registro de um pulso, correspondente a um dígito de algum número. A partir dos núcleos conectados em uma determinada ordem, sempre era possível selecionar o número desejado com grande rapidez. Então, se um sinal positivo foi aplicado através do enrolamento do núcleo, o núcleo é magnetizado positivamente, com um sinal negativo, a magnetização foi negativa. Assim, o estado do núcleo foi caracterizado pelo sinal gravado. Ao ler através do enrolamento, um sinal de certa polaridade foi aplicado, por exemplo, positivo. Se antes disso o núcleo foi magnetizado negativamente, ele foi remagnetizado - e uma corrente elétrica surgiu no enrolamento de saída (de acordo com a lei da indução eletromagnética), que foi amplificada pelo amplificador. Se o núcleo foi magnetizado positivamente, não houve mudança em seu estado - e nenhum sinal elétrico apareceu no enrolamento de saída. Depois de selecionar o código, foi necessário restaurar o estado original do núcleo, que foi realizado por um circuito especial. Esse tipo de dispositivo de armazenamento permitia a amostragem de números em alguns microssegundos. Grandes quantidades de informações foram armazenadas em mídia externa, como fita magnética. A gravação de impulsos elétricos aqui era semelhante à gravação de som em um gravador: pulsos de corrente passavam pelas cabeças magnéticas, que magnetizavam os locais correspondentes da fita que passava. Durante a leitura, o campo de magnetização residual, passando sob os cabeçotes, induz neles sinais elétricos, que são amplificados e alimentados na máquina. Da mesma forma, as informações foram registradas em um tambor magnético revestido com material ferromagnético. Nesse caso, as informações podem ser encontradas mais rapidamente. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Дизель ▪ Velcro
Uma nova maneira de controlar e manipular sinais ópticos
05.05.2024 Teclado Primium Seneca
05.05.2024 Inaugurado o observatório astronômico mais alto do mundo
04.05.2024
▪ Fotomatrizes de grafeno promissoras ▪ Arquitetura do processador LoongArch ▪ Pulseira eletrônica Jawbone UP mantém o controle de sua saúde ▪ A pele de plástico sente a força do toque ▪ Borra de café para construção de estradas
▪ seção do site Materiais elétricos. Seleção de artigos ▪ artigo de Isócrates. Aforismos famosos ▪ artigo Como Ernest Rutherford classificou as ciências? Resposta detalhada ▪ artigo Elástico quebrado. Segredo do Foco
Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site
www.diagrama.com.ua |
Recomendamos artigos interessantes seção 
Veja outros artigos seção 
Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:
Todos os idiomas desta página