История и методология ИВТ Л4

1. История и методология ИВТ Лекция 4 Развитие вычислительной техники от специализированных машин к универсальным компьютерам

Составитель: старший преподаватель кафедры
АСОИУ
Урманцева Нелли Руслановна

2. Основные вычислительные задачи начала ХХ в.

Астрономические расчеты и навигация.
Кораблестроение.
Статистика.
Экономика.
Бухгалтерский учет.
Ядерная физика.
Баллистические расчеты.
Криптография.
Дальние линии электропередач.
2

3. Аналоговые вычислительные машины

Аналоговая вычислительная машина (АВМ) –
устройство,
заменяющее
значения
вычисляемых
переменных физическими величинами, ведущими себя
аналогично исходным величинам, при этом итоговая
физическая величина будет являться ответом и может быть
измерена.
Могут быть:
механическими;
пневматическими;
гидравлическими;
электромеханическими;
электронными.
3

4. Хронология возникновения АВМ

Логарифмическая линейка
(1620-е годы).
Графики и номограммы
(руководства по навигации,
1791 г.).
Планиметр (определение
площади, 1814 г.).
Интегрирующий
вычислитель (Дж. Томсон,
середина XIX в.).
4

5. Интегратор Кельвина (1876)

Интегратор Кельвина состоит из стеклянного
вращающегося диска и маленького стального колеса,
которое ребром скользит и вращается по поверхности
стеклянного.
5

6. Дифференциальный анализатор Буша (1931)

1931 г. - комплекс нескольких интеграторов Кельвина,
«решатель
дифференциальных
уравнений»,
выдававший результаты вычислений в графическом
виде и способный решать уравнения вплоть до VI
порядка.
1942 г. - 100-тонный «Дифференциальный анализатор
Рокфеллера» с передовым для своего времени вводом
информации с перфоленты.
Наблюдение за работой анализатора позволило
Винеру, в то время разрабатывающему основы
кибернетики, предложить для управления уже
цифровую, а не аналоговую машину.
6

7. В. Буш - «банкир» Манхэттенского проекта

7

8. Теоретические основы электронных вычислительных машин

Основы построения электронных
вычислительных машин заложены в 30–40-е годы XX века.
Термин «алгоритм» независимо
было разработано математиками:
А. Тьюрингом (Великобритания);
Э. Постом (США);
А.А. Марковым (СССР).
Тьюринг и Пост предложили
«абстрактные вычислительные
машины».
8

9. Машина Поста (1936)

Состоит из каретки (считывающая и записывающая
головка) и разбитой на секции бесконечной ленты, каждая
секция ленты либо пустая (0), либо помечена меткой (1).
За шаг каретка может сдвинуться на одну позицию в
сторону, считать, поставить или удалить метку в том месте,
где она стоит.
Работа машины задается программой, команд всего 6:
сдвиг вправо;
сдвиг влево;
запись метки;
удаление метки;
условный переход
по метке;
остановка.
9

10. Машина Тьюринга (1936)(1)

Состоит из бесконечной ленты, разбитой на ячейки, и
управляющего устройства, перемещающегося по ленте,
читающего и записывающего в ячейки символы некого
алфавита.
Управляющее устройство способно находиться в одном из
множества состояний (число состояний конечно и точно
задано), и работает согласно правилам перехода, которые и
представляют алгоритм.
10

11. Машина Тьюринга (1936)(2)

Каждое правило перехода предписывает машине, в зависимости
от текущего состояния qi и наблюдаемого в текущей клетке
символа aj:
записать в эту клетку новый символ aj1;
перейти в новое состояние qi1;
переместиться на одну клетку влево или вправо.
Некоторые состояния могут быть помечены как терминальные,
и переход в любое из них означает конец работы, остановку
алгоритма.
Для начала работы указать:
конечное состояние;
начальное состояние;
начальную конфигурацию
на ленте;
расположение головки
машины.
11

12. Клеточный автомат Неймана (1948)(1)

Универсальные вычислительные машины на
уровне блок-схемы близки к машине Тьюринга, а их
функционирование во многом аналогично процессу
воспроизведения живой клетки.
12

13. Клеточный автомат Неймана (1948)(2)

Каждый конечный элементарный автомат на каждом такте
пребывает в одном из конечного числа состояний ri и
имеет два входных канала: левый и правый.
По каждому из них на такте t поступает по одному
состоянию из r. Состояния элементов в момент времени t
определяют конфигурацию всего автомата.
Функционирование автомата Неймана – это переход от
состояния k(t) к состояниям k(t+1), k(t+2) и т.д.
13

14. Спасибо за внимание

14