Большая энциклопедия техники

К 70-м гг. XX в. счетно-перфорационные машины почти полностью вышли из употребления в связи с заменой их более универсальными и совершенными электронными ЦВМ. Однако в историческом плане значение счетно-перфорационных машин заключалось в том, что их использование позволило накопить опыт машинной обработки информации и осознать, что же требуется для создания автоматических ЦВМ. ЦВМ автоматически, независимо от механического устройства, должна обладать следующими функциональными возможностями: производить операции (в том числе арифметические) над величинами, которые заданы в цифровой форме; запоминать первоначальную информацию (исходные данные и программу) и итоги вычислений; управлять вычислительным процессом, другими словами, автоматически настраивать машину на осуществление очередной операции в соответствии с алгоритмом работы; воспринимать от человека исходную информацию и выдавать необходимые ему результаты вычислений. Как правило, эти функции производятся соответствующими устройствами. Но возможно частичное совмещение функций в одном устройстве, однако в любом случае осуществление всех этих функций является обязательным условием для автоматической ЦВМ. Каждая ЦВМ должна иметь в составе элементы, которые обладают конечным числом устойчивых состояний; количество таких состояний должно быть равно числу цифр системы счисления, принятой в этой ЦВМ. В настольных механических ЦВМ подобными элементами служат так называемые цифровые колеса, которые принимают десять конкретных положений (в соответствии с десятичной системой счисления). Электронные цифровые элементы самым простым образом реализуются в двух устойчивых состояниях. Поэтому в электронных ЦВМ используется двоичная система счисления, в которой существуют только две цифры: 0 и 1. Переход на данную систему счисления не только сделал легче представление чисел, но и значительно упростил выполнение над ними операций. Например, цифровой элемент сумматора в подобном случае должен обладать следующими свойствами: менять состояние на инверсное всегда при поступлении единичного сигнала (прибавление 1) и, в том случае если цифровой элемент уже находился в состоянии «1», одновременно с переменой своего состояния посылать единичный сигнал в цифровой элемент последующего, старшего разряда сумматора. Действие умножения заключается в многократном прибавлении множимого и сдвигам (деление – к вычитанию и сдвигам). Значительно упрощаются в двоичной системе счисления также и логические операции. Любой сложный вычислительный алгоритм имеет, как правило, разветвления вычислительного процесса, различные условия, которые налагаются на точность вычислений, повторения вычислительных процедур и многие другие указания. Машина должна воспринимать эти указания и самостоятельно выдавать ответы о своевременном их выполнении; такие действия машины арифметическими не являются, они служат для логического анализа ситуаций. Самая обычная процедура машины: если имеет место какая-либо ситуация, то необходимо выполнить соответствующий шаг вычислительного алгоритма (команду программы), в противном случае необходимо перейти к реализации некоторой другой команды. Включение в состав операций вычислительной машины кроме арифметических операций также и логических привело к тому, что возможности электронных ЦВМ ушли далеко за рамки их прямого назначения, и ЦВМ стали универсальными преобразователями дискретной информации. Так как непрерывная информация почти всегда может быть аппроксимирована дискретной, то можно утверждать, что современные электронные ЦВМ – это универсальные преобразователи информации какого угодно вида.

Первая электронная ЦВМ под названием «ЭНИАК» была сконструирована в 1945 г. и начала использоваться в 1946 г. в США. При их создании не вставала необходимость изобретать новые элементы специально для них: подобные элементы уже применялись в системах автоматического управления, а особенно в радиолокационных приборах. Требовалось только приспособить их для применения в ЦВМ. Цифровым элементом ранних машин являлся триггер, собранный на электронных лампах. Выбор подобного цифрового элемента привел к тому, что первые электронные ЦВМ содержали слишком большое число электронных ламп и были очень ненадежны в работе. Однако именно с «ЭНИАК» началась история электронных ЦВМ. Значение «ЭНИАК» в развитии вычислительной техники можно увидеть прежде на примере того, что она показала возможность создания автоматической ЦВМ, которая работает по заранее определенной программе, осуществима, для чего нужна только ее технологическая доработка. С данного момента в большинстве странах начались энергичные поиски, которые направлены на изготовление надежных электронных цифровых элементов и конструирование рациональных структур ЦВМ.