Наличие каких компонентов компьютера следует из формулы компьютер - это машина с хранимой программой

Обновлено: 03.07.2024

В оптических устройствах наличие света интерпретируется как "1", а его отсутствие интерпретируется как "0". Оптические устройства используют эту технологию для чтения или хранения данных. Возьмем, к примеру, компакт-диск: если блестящую поверхность поместить под мощный микроскоп, на поверхности будут видны очень маленькие отверстия, называемые ямками. Участки, на которых нет ям, называются землей.

Разработка устройств, способных напрямую понимать естественный язык, оказалась сложной задачей из-за сложности естественных языков. Однако проще построить электрические цепи на основе двоичной логики или логики включения и выключения. Все формы данных могут быть представлены в формате двоичной системы. Другие причины использования двоичного кода заключаются в том, что цифровые устройства более надежны, компактны и потребляют меньше энергии по сравнению с аналоговыми устройствами.

Биты, байты, полубайты и слова

Термины биты, байты, полубайты и слова широко используются в отношении памяти компьютера и размера данных.
Биты: можно определить как двоичное число, которое может быть равно 0 или 1. Это основная единица данных или информации в цифровых компьютерах.

Байт: группа битов (8 бит), используемая для представления символа. Байт считается основной единицей измерения объема памяти в компьютере.
Полбайт: это половина байта, которая обычно представляет собой группу из 4 байтов.

Слово: два или более бита составляют слово. Термин длина слова используется как мера количества битов в каждом слове. Например, слово может иметь длину 16 бит, 32 бита, 64 бита и т. д.

Компьютеры обрабатывают не только числа, буквы и специальные символы, но и сложные типы данных, такие как звук и изображения. Однако эти сложные типы данных занимают много памяти и процессорного времени при кодировании в двоичной форме.
Это ограничение требует разработки более эффективных способов обработки длинных потоков двоичных цифр.
Большие системы счисления используются в вычислениях, чтобы преобразовать эти потоки двоичных цифр в управляемую форму. Это помогает повысить скорость обработки и оптимизировать использование памяти.

Системы счисления и их представление

Система счисления – это набор символов, используемых для представления значений, полученных из общего основания или системы счисления.
Что касается компьютеров, системы счисления можно разделить на две основные категории:

десятичная система счисления
двоичная система счисления
восьмеричная система счисления
шестнадцатеричная система счисления

Десятичная система счисления

Термин "десятичный" происходит от латинского префикса deci, что означает "десять". Десятичная система счисления состоит из десяти цифр от 0 до 9. Потому что в этой системе десять цифр; ее также называют десятичной системой счисления или десятичной системой счисления.
Десятичное число всегда должно быть записано с индексом 10, например. Х₁₀
Но поскольку это наиболее широко используемая система счисления в мире, в письменной работе нижний индекс обычно понимается и игнорируется. Однако, когда многие системы счисления рассматриваются вместе, нижний индекс всегда должен ставиться так, чтобы различать системы счисления.
С помощью этих параметров можно определить величину числа.

Абсолютное значение
Значение места или позиционное значение
Базовое значение
- Абсолютное значение – это величина цифры в числе. например, цифра 5 в 7458 имеет абсолютное значение 5 в соответствии со своим значением в числовой строке.
- Местное значение цифры в числе относится к положению цифры в этом числе, т. е. является ли; десятки, сотни, тысячи и т. д.
- Общее значение числа – это сумма разрядов каждой цифры, составляющей число.
- Основное значение числа, также называемое системой счисления k, зависит от типа используемой системы счисления. Значение любого числа зависит от системы счисления. например, число 100₁₀ не эквивалентно 100₂.
Для представления чисел используются две цифры, а именно 1 и 0. в отличие от десятичных чисел, где разрядное значение увеличивается в десять раз, в двоичной системе разрядное значение увеличивается в 2 раза. двоичные числа записываются как X₂. рассмотрим двоичное число, такое как 1011₂. Самая правая цифра имеет разрядное значение 1×2 0 , а самая левая — разрядное значение 1×2 3 .

Восьмеричная система счисления

Состоит из восьми цифр от 0 до 7. Разрядность восьмеричных чисел увеличивается в восемь раз справа налево.

Шестнадцатеричная система счисления
Это система счисления с основанием 16, состоящая из шестнадцати цифр от 0 до 9 и букв AF, где A эквивалентно 10, B до 11 до F, что эквивалентно 15 по основанию. десятая система.Разрядное значение шестнадцатеричных чисел увеличивается в шестнадцать раз.
- Шестнадцатеричное число можно обозначить с помощью 16 в качестве нижнего индекса или заглавной буквы H справа от числа. Например, 94B можно записать как 94B16 или 94BH.
Дальнейшее преобразование чисел из одной системы счисления в другую

Разработке современного компьютера предшествовали некоторые механические управляющие и вычислительные устройства. В начале 1800-х годов французский изобретатель по имени Жозеф-Мари Жаккар изготовил ткацкий станок, на котором можно было выткать ткань сложных узоров. Ткацкий станок управлялся автоматически, читая инструкции, пробитые в виде отверстий в карточках.

Американец по имени Герман Холлерит изобрел машины, использующие перфокарты, которые использовались для составления таблиц статистических данных переписи населения США 1890 года. В конце концов Холлерит продался компании под названием CTR (Computer Tabulating Recording), которая позже стала IBM (International Business Machines).

Перфокарты (также маркированные карты) по-прежнему используются ограниченно для сбора входных данных для компьютеров. Вы можете вспомнить фиаско во Флориде во время президентских выборов 2000 года, когда неправильно пробитые карточки для голосования вызвали проблемы с подсчетом голосов.

Более интересной с теоретической точки зрения была работа 1800-х годов англичанина Чарльза Бэббиджа. Бэббидж разработал механическое вычислительное устройство, названное Аналитической машиной, в 1834 году. Хотя он так и не смог построить это устройство (он не смог получить финансирование для разработки точно обработанных шестерен, колес и рычажных систем машины), его идеи включали множество концепции, которые позже были включены в современные компьютеры.

ABC: первый цифровой электронный компьютер

Первый цифровой электронный компьютер был создан Джоном Винсентом Атанасовым и его ассистентом Клиффордом Берри в Университете штата Айова в период с 1937 по 1942 год. Компьютер Atanasoff Berry (ABC) использовал перфокарты для ввода и вывода, электронные лампы для обработки данных в двоичном формате и вращающиеся барабаны конденсаторов для хранения данных.

Однако ABC выполнял только одну задачу: он был создан для решения больших систем одновременных уравнений (до 29 уравнений с 29 неизвестными), обременительной вычислительной задачи, обычно встречающейся в науке и технике. Итак, ABC не был компьютером общего назначения.

Аналогично еще один электронный компьютер специального назначения под названием Colossus был построен в Англии, начиная с 1943 года, с целью взлома немецких кодов. Над проектом работали Алан Тьюринг и Макс Ньюман. Существование этого компьютера держалось в секрете до 1970-х годов.

ENIAC: первый электронный компьютер общего назначения

Первым цифровым электронным компьютером общего назначения, который можно было запрограммировать для выполнения различных вычислительных задач, был ENIAC (электронный числовой интегратор и калькулятор). Он был спроектирован и построен осенью 1945 года Джоном Мочли и Дж. Пресбером Эккертом. ENIAC изначально был создан для расчета баллистических таблиц для американских военных, чтобы наводить свои большие пушки.

ENIAC представлял собой чудовищную машину, занимавшую большую комнату и весившую 30 тонн. Он включал 18 000 электронных ламп и потреблял 200 киловатт электроэнергии (свет в районе Филадельфии погас, когда он впервые был включен). ENIAC был первым компьютером общего назначения, потому что его можно было запрограммировать (с учетом различных наборов инструкций) с помощью громоздкой процедуры повторного подключения кабелей и переключения переключателей.

Поздние компьютеры были гораздо более гибкими, поскольку они включали в себя идею хранимых программ , придуманную в 1945 году математиком Джоном фон Нейманом (работавшим над Манхэттенским проектом в Лос-Аламосе). В этой схеме в памяти хранятся как обрабатываемые данные, так и программа инструкций для компьютера. Современные компьютеры используют тот же метод.

Мочли и Эккерт позже перешли на работу в подразделение Univac корпорации Remmington Rand. Univac I (Универсальный автоматический компьютер) был первым коммерческим компьютером, выпущенным в 1951 году.

Большинство этих первых мэйнфреймов были куплены (или арендованы) государственными учреждениями, военными, исследовательскими лабораториями (например, Лос-Аламосской национальной лабораторией), крупными корпорациями и университетами.

IBM (International Business Machines) вышла на рынок компьютеров в 1953 году со своим компьютером 701. К 1960 году IBM была доминирующей силой на рынке больших мейнфреймов. К более мелким игрокам на рынке мейнфреймов относятся Burroughs, Control Data, General Electric, Honeywell, NCR, RCA и Univac.

Транзисторы и интегральные схемы

Вакуумные лампы потребляют много электроэнергии и склонны к перегоранию, что создавало проблемы для первых компьютеров, использовавших тысячи таких ламп. К 1960 году транзистор заменил вакуумную лампу в качестве электрического коммутационного устройства в компьютерах. Транзистор (разработанный в Bell Labs Уильямом Шокли и другими в 1950-х годах) представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор, обычно изготавливаемый из кремния или германия. Он намного меньше, гораздо надежнее и потребляет гораздо меньше энергии, чем электровакуумная лампа. Ламповый компьютер, который раньше занимал значительную часть комнаты, мог быть заменен компьютерной системой на транзисторах, которая занимала несколько шкафов. Хорошим примером раннего компьютера, использующего транзисторы, является IBM 360, который доминировал на рынке мейнфреймов в середине-конце 1960-х годов.

В начале 1960-х также были разработаны микрочипы , или интегральные схемы (ИС), изобретенные Джеком Кирби и Робертом Нойсом. Интегральная схема включает в себя множество транзисторов и других электрических компонентов, объединенных в миниатюрную схему на одном кремниевом кристалле.

Изобретение интегральной схемы позволило компьютерам стать еще меньше: весь центральный процессор (ЦП) компьютера помещался на одной печатной плате. Эти миникомпьютеры были дешевле и меньше мэйнфреймов (компьютер был размером примерно с ящик в большом шкафу для документов). Мини-компьютер может стоить 100 000 долларов США вместо 1 000 000 долларов США за мэйнфрейм, что позволит гораздо большему количеству компаний и университетов позволить себе собственные компьютерные системы.

Самыми успешными миникомпьютерами были серии PDP и Vax производства Digital Equipment Corporation (DEC). Миникомпьютеры были многопользовательскими системами, почти такими же, как мейнфреймы, но в меньшем масштабе.

Мини-компьютеры в настоящее время представляют собой в основном устаревший класс компьютеров, которые в значительной степени были заменены высокопроизводительными микропроцессорными рабочими станциями.

Микропроцессоры

По мере развития технологии интегральных схем производители микросхем могли размещать все больше и больше схем на крошечных кремниевых микросхемах. К 1971 году компания Intel разработала первый микропроцессор (также называемый MPU), который помещал весь процессор на один микрочип. Процессор Intel 4004 содержал 2300 транзисторов на кремниевой микросхеме размером 1/8 x 1/16 дюйма.

В 1974 году Intel представила чип 8080 — микропроцессор общего назначения, производительность которого в десять раз превышала производительность предыдущего микропроцессора. Вскоре любители электроники начали создавать небольшие компьютерные системы на основе быстро совершенствующихся микропроцессорных микросхем.

Первые микрокомпьютеры

Первым известным коммерчески доступным микрокомпьютером был компьютер Altair 8800, проданный MITS (Micro Instrumentation & Telemetry Systems), компанией, основанной доктором Эдом Робертсом и расположенной в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Компьютер был изображен на обложке январского номера Popular Electronics за 1975 год и продавался в виде комплекта за 397 долларов или в собранном виде за 439 долларов. В нем использовался процессор Intel 8080 с частотой 2 МГц и 256 байт ОЗУ.

Помните, что компьютер ничего не может делать без программного обеспечения, и некоторые компании возникли, чтобы удовлетворить эту потребность. Одна небольшая известная компания была основана в Альбукерке выпускником Гарварда, чтобы предоставить программное обеспечение (язык BASIC) для компьютера Altair. Основателя звали Билл Гейтс, а компания, которую он основал (вместе со своим партнером Полом Алленом), называлась Microsoft .

Десятки компаний (большинство из которых давно исчезли) начали предлагать к продаже микрокомпьютеры, большинство из которых основаны на процессоре Intel 8080 и работают под управлением операционной системы CP/M. У других компаний были проприетарные операционные системы, такие как Radio Shack, Atari и Commodore. Особо следует отметить компанию Apple, основанную Стивом Джобсом и Стивом Возняком 1 апреля 1976 года. Их компьютер Apple II стал хитом, особенно на домашнем и образовательном рынках.

Настоящий взлет рынка микрокомпьютеров в конце 1970-х — начале 1980-х годов был вызван двумя факторами: программным обеспечением для работы с электронными таблицами и IBM PC . Программное обеспечение для работы с электронными таблицами (первым был Visicalc для Apple II, написанный Дэном Бриклином) окончательно убедило деловых людей в том, что микрокомпьютеры имеют серьезное применение. IBM PC, выпущенный в 1981 году, придал законность микрокомпьютеру благодаря имени IBM (помните, что IBM была производителем больших мейнфреймов; и было сказано: «Никого никогда не увольняют за покупка IBM»). В нем использовался процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц.

Microsoft обратилась в IBM по поводу операционной системы (ОС) для своего нового ПК. Билл Гейтс сказал им: «У нас есть ОС, которая будет работать на этой новой машине, которую вы планируете», и заключил сделку.На самом деле у Microsoft не было такой ОС, но они быстро купили ее у третьей стороны и преобразовали в PC-DOS. Но то, что Гейтс сделал очень умно, заключалось в том, что он заключил сделку с IBM, которая позволила Microsoft также продавать ОС другим компаниям как MS-DOS. и будущее Microsoft было предопределено.

Продажи IBM PC резко выросли, и в течение двух лет IBM доминировала на рынке, выпустив PC XT (1983 г.) и PC AT (1984 г.) с процессором Intel 80286.

Но почти так же быстро IBM потеряла господствующее положение на рынке ПК, когда другие компании (например, Compaq) начали выпускать «ПК-совместимые» компьютеры (также называемые «ПК-клонами»). К 1986 году клонам принадлежала большая часть рынка, и IBM так и не восстановила свое господство. Microsoft же поставила свои операционные системы на все ПК, превратившись в огромную корпорацию.

Графический пользовательский интерфейс

Компьютеры традиционно были очень сложными в использовании, от пользователя требовалось запоминать и вводить необходимые команды (это называется интерфейсом командной строки). Чтобы сделать компьютеры более доступными, был разработан графический интерфейс пользователя (GUI). В GUI пользователь взаимодействует с графическим дисплеем на экране, содержащим значки, окна и элементы управления. Команды выбираются из меню, а не вводятся вручную.

Графический интерфейс был разработан в Исследовательском центре Xerox в Пало-Альто, но руководство Xerox не увидело в нем полезности. Однако когда Стив Джобс из Apple увидел графический интерфейс, он понял его ценность. Apple лицензировала концепции у Xerox, усовершенствовала их и выпустила первый успешный компьютер с графическим интерфейсом пользователя, Macintosh, в 1984 году. В компьютерах Macintosh использовались микропроцессоры Motorola серии 68000 (а позже и серия микропроцессоров PowerPC).

Microsoft также быстро осознала ценность графического пользовательского интерфейса, но ее графический пользовательский интерфейс Windows медленно вытеснял DOS на ПК (первые версии Windows оставляли желать лучшего).

Более подробную информацию об аппаратном и программном обеспечении компьютера можно найти в других частях этого руководства.

Немногие из нас могут представить себе жизнь без доступа к нашим компьютерам и тому множеству способов, которыми они облегчают нашу жизнь. От онлайн-покупок и социальных сетей до простой обработки текстов и организации данных компьютеры, по сути, стали решающими для нашего здравомыслия и выживания в 21 веке.

Однако более интересным может быть не то, что эти инновационные инструменты делают для нас сегодня, а скорее шаг назад во времени – шаг назад в 19 век, примерно в 1822 году. Что вызвало необходимость в компьютер тогда, когда возникла самая первая идея, и кому мы должны воздать должное за такое революционное изобретение? Мы совершим небольшое путешествие во времени, чтобы ответить на эти вопросы и узнать, каким был наш нынешний компьютер в его скромном начале.

История компьютерных технологий

Для чего был изобретен компьютер? Компьютер был изобретен для того, чтобы автоматизировать математические вычисления, которые раньше выполнялись людьми. Чарльз Бэббидж считается «отцом» компьютера. Бэббидж был математиком, философом, изобретателем и инженером-механиком, который видел потребность в автоматизированной системе, которая исключала бы человеческие ошибки в вычислениях.

Начало компьютерного программирования

Но мы должны отдать должное не только Бэббиджу за возможности, которые мы часто считаем само собой разумеющимися, когда ежедневно подключаемся к нашим настольным и портативным устройствам. Когда мы думаем о компьютере, мы часто представляем себе клавиатуру, монитор и все, что происходит внутри, без нашего осознания или даже понимания. Мы просто нажимаем клавишу и ожидаем, что компьютер выполнит определенную функцию. И, к счастью, в большинстве случаев так оно и есть благодаря очень сложному и точному компьютерному программированию.

Без программирования механизмов в нашем распоряжении было бы бесполезное устройство. Концепция Бэббиджа об автоматизированной машине была лишь первым шагом на пути к осуществлению его идей. Ему также нужно было найти способ запрограммировать аппаратное обеспечение для выполнения задач, которые мы от него требуем.

Видите ли, до идей Бэббиджа компьютеры на самом деле не были аппаратным и программным обеспечением, как мы знаем их сегодня. «Компьютер» — это должность. И эту работу выполнял человек, который, по сути, целыми днями вычислял числа.

Очень просто общаться с человеческим компьютером и указывать ему, что делать. Легкость сделки не так проста с машиной. Отсюда потребность не только в самой машине, но и в программировании, которое происходило за кулисами, в инструкциях, которые диктовали бы, что она должна делать.

Здесь мы должны представить молодую женщину по имени Августа Ада Байрон.Ее часто называют первым компьютерным программистом, признавая, что идеи Бэббиджа имели приложения, выходящие за рамки того, на что он изначально надеялся. Вместе эти два гениальных ума сформировали основу того, что мы сегодня понимаем как компьютерные науки и технологии (Kim & Toole, 1999).

Зачем нужны компьютеры?

В 1800-х годах печатные математические таблицы или журналы, которые представляли собой очень длинные списки чисел, показывающих результаты вычислений, заполнялись упомянутыми ранее «человеческими компьютерами». Вероятно, это была одна из самых болезненных и наименее гламурных работ 19 века. Люди сидели час за часом, выполняя расчеты вручную и записывая их в книги. Думайте об этом как о самом длинном математическом классе в мире. Не совсем то, что мы представляли себе как захватывающую работу.

Но эти расчеты были жизненно важны. Понимание их и данных, полученных из их результатов, имело центральное значение для навигации, естественных наук, инженерного дела и математики («Чарльз Бэббидж», n.d.).

Чарльз Бэббидж, столкнувшись с журналами, которые, как он знал, полны ошибок, понял, что человеческие компьютеры подвержены ошибкам и непостоянны. Ошибки происходили как в транскрипции, так и в вычислениях (VanderLeest & Nyhoff, 2005). И эти ошибки часто переносились на другой набор вычислений, создавая очень сложную и запутанную неразбериху. И это может быть проблемой, пытаетесь ли вы наметить навигацию для вашего следующего путешествия через океан, рассчитать сумму налогов, которые необходимо собрать, или просто оценить, сколько продовольствия осталось на складе после сезона использования. .

Подумайте об этом так: представьте, что вы планируете вычисления для навигации в следующем путешествии через океан для торговли товарами. Это, конечно, было обычным явлением в 19 веке. Ваши расчеты, без вашего ведома, полны ошибок. Вы не только не попадаете туда, куда хотите, вы буквально и опасно теряетесь в море. Если бы то же самое произошло сегодня, например, с расчетами авиаперелетов, мы бы оказались в катастрофическом беспорядке, пересекая пути с другими самолетами через опасные промежутки времени, не говоря уже о том, чтобы приземлиться в глуши.

"Ага-момент" Бэббиджа наступил, когда он понял, что работу тех, кого он называл "неквалифицированными компьютерами", то есть людей, можно полностью взять на себя машинным оборудованием, которое не только повысит надежность и устранит человеческие ошибки, но и ускорить процесс и повысить эффективность. Звучит отчетливо знакомо, когда мы рассматриваем автоматизацию труда сегодня!

Итак, со своими идеями и, предположительно, после множества проб и ошибок на протяжении всего процесса, в 1822 году Бэббидж реализовал свою возмутительную идею автоматизации этих вычислений и создал то, что он назвал "разностной машиной". ” («Чарльз Бэббидж», nd).

Первый компьютер: «Разностная машина» Бэббиджа

Разностная машина Бэббиджа была разработана для автоматического вычисления ряда значений. Звучит очень похоже на калькулятор, и в некотором смысле так оно и было. Он был предназначен для создания математических таблиц, таких как журналы, заполняемые «человеческими компьютерами», упомянутыми ранее, и автоматизации шагов, необходимых для расчета данных. Однако это было простое устройство, и оно могло выполнять только сложение и вычитание, а также несколько полиномиальных уравнений (Kim & Toole, 1999).

Тем не менее, это, безусловно, было новшеством, поскольку до этого момента, когда физический труд начал перемещаться на автоматизированные машины, никто не рассматривал такую идею для «умственного труда» (VanderLeest & Nyhoff, 2005).

Идеи Бэббиджа работали примерно так:

Вычисление полиномиальных уравнений, подобных приведенным выше, было самым сложным из того, что могла выполнить разностная машина. Тем не менее, нам нужно помнить, что одна рукоятка машины с точным результатом решила серьезную проблему с человеческими компьютерами: устранила риск ошибки и получила точные результаты немного быстрее, чем это был способен сделать человек (VanderLeest). и Найхофф, 2005 г.).

Ограничения разностной машины Бэббиджа

Как и в случае со многими новаторскими идеями, Бэббидж осознавал ограничения своей машины, и из-за отсутствия финансирования разностная машина, к сожалению, так и не была реализована в полной мере. Тем не менее, к 1833 году Бэббидж уже начал думать о том, как улучшить свою конструкцию и функциональность машины. В то же время он также недавно подружился с неотъемлемым участником путешествия первого компьютера, мисс Августой Адой Байрон, которую мы упоминали ранее как ключевую фигуру в компьютерном программировании, понимании и применении разработок Бэббиджа (Kim & Toole, 1999).
Новая концепция Бэббиджа: аналитическая машина

Именно здесь нам нужно вернуть мисс Аду Байрон на передний план, когда мы продвигаемся по второму начинанию Бэббиджа.Если вы помните, Ада признана одним, если не первым программистом. Она была дочерью лорда Байрона, которого многие английские мажоры могут признать влиятельной фигурой в мире поэзии. Однако желание Ады состояло не в том, чтобы пойти по литературным стопам своего отца, а в том, чтобы принять желание матери заниматься математикой и естественными науками (Kim & Toole, 1999).

Ада была очарована несколькими ранними публикациями Бэббиджа о его разностной машине, и вскоре 17-летняя девушка увлеклась его работой. Эти двое быстро подружились после встречи в 1833 году. Бэббидж начал делиться с Адой своими идеями о новой машине, которая превзошла бы разностную машину и стала бы удивительно похожей по архитектуре на сегодняшний современный компьютер, несмотря на то, что так и не была построена до конца. (Ким и Тул, 1999 г.).

Начало компьютерных технологий

Большинство из нас знакомы с некоторыми основными понятиями компьютерных технологий, такими как "память" или "ЦП" (центральный процессор). Именно на этих основных идеях планы аналитической машины стали основой того, что мы сегодня понимаем как часть компьютерной обработки и программирования.

Если вы читаете это на своем компьютере, ваш центральный процессор дает инструкции вашему компьютеру, указывая ему, что делать в основных арифметических, логических, управляющих операциях и операциях «ввода/вывода». Это, в некотором смысле, «мозг» вашего компьютера. Какой бы «вход» вы ни предоставили, это данные или сигнал, необходимые компьютеру, чтобы предоставить вам «выход» или действие, которое вам требуется. Простой пример — комбинация клавиатуры и монитора. Клавиатура — это устройство ввода (с вашим контролем), а монитор — это устройство вывода («Вывод», без даты).

Звучит намного проще, чем есть на самом деле, и, к счастью, мы мало задумываемся о том, что происходит за экранами наших компьютеров. Мы склонны просто предполагать, что машина сделает все, о чем мы ее попросим; а когда нет — ну, мы все были там раньше!

Шаблон перфокарты и жаккардовый станок

Идея «ввода/вывода» для обработки данных возникла не совсем с аналитической машиной Бэббиджа. Эту идею он фактически позаимствовал у жаккардового ткацкого станка, еще одного изобретения 19-го века, который ткал узоры на ткани, используя аналогичные перфокарты. Причина, по которой ткацкий станок Жаккарда был настолько новаторским в использовании перфокарт, заключался в том, что он позволял создать машину, которая могла делать несколько вещей, просто изменяя узоры на картах. До этого машины могли выполнять только одну задачу (Korner, 2014).

Бэббидж понял, что использование перфокарт позволяет автоматически генерировать любое алгебраическое уравнение, а не только сложение и вычитание, как в разностной машине (Kim & Toole, 1999).

Бэббидж разработал план этого простого считывателя перфокарт для программирования ввода данных. Он пришел к выводу, что аналитическая машина может содержать блок памяти, называемый «хранилищем», и арифметический блок, называемый «мельницей». Результатом будет автоматически распечатанная страница, в результате чего машина сможет выполнять сложение, вычитание, умножение и деление с точностью до 20 знаков после запятой («Краткая история компьютеров», n.d.).

Аналитическая машина может не только теоретически выполнять эти основные функции, но и повторять набор инструкций на основе определенных условий. Эта идея стала основой для того, что сегодня известно как «условное ветвление», распространенное математическое понятие «если x, то y». В 1840 году Бэббидж представил свои теории группе математиков и инженеров в Турине, Италия, в надежде, что другие усвоят его новые идеи (Kim & Toole, 1999).

Влияние Ады Байрон на компьютерное программирование

Ада Байрон, ныне графиня Лавлейс, после замужества с Уильямом Кингом, графом Лавлейс, продолжила свою работу в области математики и естественных наук. Она настойчиво следовала идеям Бэббиджа относительно его аналитической машины, спокойно прорабатывая свои собственные теории. Она решила перевести на английский язык статью, написанную молодым математиком по имени Луиджи Федерико Менабреа, который присутствовал на презентации Бэббиджа в 1840 году. Менабреа назвал свою статью «Набросок аналитической машины» (Kim & Toole, 1999). .

В то время как Бэббидж продолжал записывать свои планы относительно аналитической машины, он призвал Аду аннотировать свой перевод работы Менабреа, в результате чего примечания стали вдвое длиннее, чем исходная статья Менабреа. Она и Бэббидж продолжали сотрудничать, объединяя все свои открытия, Ада сосредоточилась в первую очередь на идее программирования с использованием перфокарт Жаккарда.

Ада осознала, что использование перфокарт позволяет использовать самые сложные узоры — для ткацкого станка Жаккарда — узоры при переплетении тканей, а для аналитической машины — самые сложные алгебраические узоры можно использовать для автоматического выполнения вычислений ( Ким и Тул, 1999 г.).

Она воспользовалась этим новаторским открытием и создала программу для вычисления чисел Бернулли, которые часто используются в навигации. Ей это удалось, с небольшой математической ошибкой тут и там. Ее результаты продемонстрировали, что аналитическая машина действительно способна выполнять условное ветвление (если x, то y), повторяя наборы инструкций на основе нескольких условий. Это будет самая сложная программа из когда-либо написанных, гораздо более сложная, чем изначально созданная Бэббиджем (Kim & Toole, 1999).

"Аналитическая машина плетет алгебраические закономерности так же, как ткацкий станок Жаккарда плетет цветы и листья". -Ада Байрон, графиня Лавлейс

В конце концов, Ада опубликовала первую статью, в которой подробно обсуждалась идея компьютерного программирования — единственная статья, существующая в следующем столетии. На чем Ада продолжала сосредотачиваться и, по сути, что отличало ее от Бэббиджа, так это ее способность анализировать, до какой степени машина Бэббиджа может повторно использовать код и переходить к различным инструкциям в зависимости от условий — современная концепция условного ветвления (Ким и Тул, 1999 г.).

Заключительные мысли

Ада и Бэббидж продолжали переписываться и работать вместе, хотя, похоже, существуют некоторые разногласия по поводу того, кто что первым открыл и в какой степени. В любом случае, то, что у нас есть, — это сотрудничество между ними в написании нескольких компьютерных программ, больших и малых, для аналитической машины — первая идея компьютера, который, как известно, производит вычисления на основе уравнений программирования с помощью формул ввода-вывода (Ким и Тул, 1999 г.).

Хотя аналитическая машина так и не была полностью разработана, задокументированные планы возможностей машины стали основой того, что мы сегодня понимаем как компьютерное программирование и нашу современную машину.

И хотя компьютеры, которые мы используем в настоящее время, намного превзошли то, что Бэббидж и Байрон, вероятно, могли ожидать от устройства, которое могло бы успешно выполнять математические вычисления, мы, безусловно, обязаны их гениальным идеям изменить слово «компьютер» из названия должности в устройство, от которого зависит практически каждый аспект нашей жизни в 21 веке.

Ссылки

О нас

Меня зовут Джин Луома, я изобретатель инструмента для очистки канализации ZIP IT, который на сегодняшний день продан миллионным тиражом. Изобретение и разработка продуктов были моей жизнью. Я создавал новые продукты и изобретения с тех пор, как я помню, как рос на нашей семейной ферме более 55 лет назад. Решение проблем и упрощение жизни с помощью новых инновационных идей. Для изобретателя нет лучшего времени, чем СЕЙЧАС. Предприятиям все чаще нужны новые идеи для услуг и продуктов. Это называется «Открытые инновации». Компании ищут идеи из внешних источников. Следите за моим блогом, где я покажу вам мой «Секретный соус» о том, как вы можете продать свое новое изобретение или продукт за лицензионные отчисления и начать зарабатывать Mailbox Money!

Читайте также: