Электромеханические компьютеры

Первые электромеханические компьютеры

В конце 1880-х годов ученым Германом Холлеритом (США) была создана вычислительная машина для автоматической обработки данных. В такой машине данные, которые были нанесены на перфорированные карты, считывались с помощью электричества, и производилась механическая сортировка для распределения таких перфорированных карт в зависимости от местоположения пробоев. Такой табулятор стали использовать для автоматической обработки результатов переписи населения в некоторых городах и даже государствах. На сегодняшний день эта машина – 80-колонная перфокарта Холлерита значительно не модернизировалась.

Спустя 8 лет была основана компания по реализации табуляторов Холлерита, в дальнейшем ставшая одной из четырех компаний, которые образовали международную корпорацию IBM. Вплоть до конца 80-х годов ХХ столетия на всех вычислительных машинах любого типа применялись такие табуляторы, которые использовались для автоматической обработки данных, нанесенных на перфорированные карты, и получения результатов простых и сложных вычислений на бумажных носителях.

С наибольшей эффективностью такой табулятор производит операции сложения и вычитания. Для выполнения операции произведения машина использует метод многократного сложения, для деления - метод многократного вычитания. В Советском Союзе был организован выпуск машин, которые использовались для автоматической обработки цифровых и алфавитно-цифровых данных.

Эволюция электромеханических компьютеров

В начале прошлого века ученые задумались над использованием электромагнитных реле в вычислительных машинах. В 1936 году конструктором Конрадом Цузе (Германия) была создана вычислительная машина, функционирующая на электромагнитных релейных устройствах. Работы над созданием данной машины проводились на протяжении трех лет, после чего была создана первая механическая вычислительная машина, базирующая на использовании двоичной системы вычисления, формы представления чисел с относительной точностью (плавающей запятой), трехадресной системы программирования и перфорированных карт. В дальнейшем в качестве основного электронного компонента ученым было решено использовать реле, находившие в то время широкое применение во многих сферах техники. Позже Конрадом Цузе была создана вычислительная машина Z1 на 16 машинных слов, а затем и машина Z2.

Рисунок 1. Модель вычислительной машины Z1. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В 1941 году была создана получившая наибольшее распространение машина модели Z3 – ВМ с программным модульным управлением. Данная машина была реализована как релейная машина с двоичным кодом и памятью более 6400 разрядных чисел с плавающей запятой: из которых 7 разрядов - для порядка и 15 - для дробной части логарифма числа (называемой мантиссой). В блоке арифметики применялись параллельные логические вычисления, ввод входных данных производился посредством десятичной клавиатуры. Также в данной модели предполагался и цифровой вывод, автоматическая трансформация десятичных чисел в двоичные и наоборот. Общее время выполнения операции сложения составляло не более 0,3 секунды.

Все три эти машины были разрушены во время военных действий Второй Мировой Войны. После их окончания Цузе сконструировал следующие машины Z4 и Z5.

Конрад Цузе в 1945 году изобрел один из первых алгоритмических языков PLANKALKUL (перев. англ. "исчисление планов"). Данный язык можно назвать машинно-ориентированным, но в некоторых моментах по своему функционалу он превосходил даже уже существующие языки программирования, которые были ориентированы исключительно на работу с числовыми символами.

В это же время (ориентировочно в 1944 году) американский ученый Говард Айткен смог сконструировать в одном из цехов компании IBM машину «Марк-1» (немного позже «Марк-2»). Данные модели могли производить простейшие трансцендентные операции (вычитание, умножение и т.д.). «Марк-1» могла работать с 23-значными десятичными числами и выполняла операции сложения не более чем за 0,3 секунды, а умножения – не более 3 секунд. Но при изобретении этих машин были допущены две основные ошибки:

1. Машины были скорее электромеханические, чем электронные;
2. Отсутствовала возможность хранения программ и данных в памяти машины.

Немного позже в Великобритании начала функционировать первая ЭВМ (базирующаяся на реле), применяемая для расшифровки данных, передававшихся немецким кодированным передатчиком. Уже ко второй половине XX века потребность в автоматизации всех видов вычислений резко возросла, и что над изобретением машин типа "Марк-1" трудилось большое количество групп ученых в разных уголках мира.

В 1937 году американским ученым Дж. Атанасовым были начаты работы по созданию первой в истории ЭВМ. Такая вычислительная машина создавалась для решения задач матфизики. Дж. Атанасов были изобретены (и получены на них патенты) первые электронные устройства, которые в дальнейшем получили широкое распространение в компьютерной технике. Стоит отметить, что не все этапы проекта Атанасова были закончены, но все-таки спустя 30 лет в мире признали, что именно Дж. Атанасов стоял у истоков электронной вычислительной техники.

Применение и история создания электромагнитных реле

Релейные элементы достаточно широко применяются в системах управления и автоматики, т.к. они могут быть использованы для:

• управления значительными мощностями на выходе при маломощных сигналах на входе;
• выполнения различных логических операций;
• создания релейных устройств для выполнения широкого спектра функций;
• переключения гальванических устройств;
• фиксации отклонений контролируемого параметра от заданного значения;
• выполнения функции запоминающей ячейки и т. п.

Работа первого реле было основана на действии электромагнитного поля, но такой релейный аппарат не был оснащен функцией коммутаций. Коммутационные аппараты были созданы позже (1837 г.) и использовались в телеграфном аппарате. Термин «реле» произошел от англ. слова relay, которое переводится как смена уставших лошадей на специализированных станциях или передача эстафеты уставшим спортсменом.