|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
TEKNOLOJİ TARİHİ, TEKNOLOJİ, ÇEVREMİZDEKİ NESNELER
Hesap makinesi. Buluş ve üretim tarihi
Rehber / Teknolojinin, teknolojinin, çevremizdeki nesnelerin tarihi Hesaplama işlemlerinin mekanizasyonu ve mekanizasyonu, XNUMX. yüzyılın ikinci üçte birinin temel teknik başarılarından biridir. İlk eğirme makinelerinin ortaya çıkışı XNUMX. ve XNUMX. yüzyıllardaki büyük sanayi devriminin başlangıcı olduğu gibi, elektronik bilgisayarın yaratılması da XNUMX. yüzyılın ikinci yarısının görkemli bilimsel, teknik ve bilgi devriminin habercisi oldu. . Bu önemli olaydan önce uzun bir tarihöncesi geçmiştir. Bir hesap makinesini bir araya getirmek için ilk girişimler XNUMX. yüzyılda yapıldı ve abaküs ve hesap gibi en basit bilgi işlem cihazları daha da erken ortaya çıktı - antik çağda ve Orta Çağ'da.
Otomatik bir hesaplama cihazı, makine cinsine ait olmasına rağmen, endüstriyel makineler, örneğin bir torna veya dokuma makinesi ile aynı seviyeye getirilemez, çünkü onlardan farklı olarak fiziksel malzeme (iplikler veya ahşap boşluklar) ile çalışmaz, ama sayılarla doğada olmayan ideal olanlarla. Bu nedenle, herhangi bir bilgisayar makinesinin yaratıcısı (ister en basit toplama makinesi ister en yeni süper bilgisayar olsun), teknolojinin diğer alanlarındaki mucitler için ortaya çıkmayan belirli sorunlarla karşı karşıyadır. Aşağıdaki gibi formüle edilebilirler: 1. Bir makinede sayıları fiziksel olarak (nesnel olarak) nasıl temsil edebilirim? 2. İlk sayısal veriler nasıl girilir? 3. Aritmetik işlemlerin performansı nasıl simüle edilir? 4. Giriş verileri ve hesaplama sonuçları hesap makinesine nasıl sunulur? Bu sorunların üstesinden ilk gelenlerden biri de ünlü Fransız bilim adamı ve düşünür Blaise Pascal olmuştur. Aritmetik kurallarına bile aşina olmayan bir kişinin dört temel eylemi gerçekleştirebileceği özel bir makinenin yaratılması üzerinde çalışmaya başladığında 18 yaşındaydı. Pascal'ın çalışmasına tanık olan kız kardeşi daha sonra şunları yazdı: "Bu iş kardeşimi yordu, ama zihinsel aktivitenin zorlaması nedeniyle değil, icadı ona fazla çaba sarf etmeyen mekanizmalar yüzünden değil, onu anlamak zor." Ve bu şaşırtıcı değil. Hassas mekanikler daha yeni doğuyordu ve Pascal'ın talep ettiği kalite, ustalarının yeteneklerini aşıyordu. Bu nedenle, mucidin kendisi, ustanın niteliklerine göre ilginç ama karmaşık bir tasarımın nasıl değiştirileceği konusunda genellikle bir dosya ve bir çekiç veya bulmaca almak zorunda kaldı.
Makinenin ilk çalışan modeli 1642'de tamamlandı. Pascal'ı tatmin etmedi ve hemen yeni bir tane tasarlamaya başladı. Daha sonra arabasıyla ilgili “tasarruf etmedim” diye yazmıştı, “ne zaman, ne emek, ne de onu faydalı hale getirmek için para… 50 farklı modele kadar yapacak sabrım vardı… Sonunda, 1645'te çabaları tam bir başarı ile taçlandırıldı - Pascal onu her şekilde tatmin eden bir araba kurdu. Tarihteki bu ilk bilgisayar neydi ve yukarıda sıralanan görevler nasıl çözüldü? Makinenin mekanizması hafif pirinç bir kutuya yerleştirildi. Üst kapağında, her birinin çevresine dairesel bir ölçek uygulanan 8 yuvarlak delik vardı. En sağdaki deliğin ölçeği 12 eşit parçaya, yanındaki deliğin ölçeği 20 parçaya bölünmüş, kalan altı deliğin ondalık bölümü vardı. Böyle bir mezuniyet, o zamanın ana Fransız para birimi olan livre'nin bölünmesine karşılık geldi: 1 sous = 1/20 livre ve 1 denye = 1/12 sous. Deliklerde, üst kapağın düzleminin altında bulunan dişli ayar tekerlekleri görülüyordu. Her tekerleğin diş sayısı, karşılık gelen deliğin ölçek bölümlerinin sayısına eşitti.
Sayılar aşağıdaki şekilde girilmiştir. Her tekerlek kendi ekseni üzerinde diğerinden bağımsız olarak dönüyordu. Döndürme, iki bitişik diş arasına yerleştirilen bir itme pimi yardımıyla gerçekleştirildi. Pim, tekerleği, kapağın altında sabitlenmiş ve kadranın "1" sayısının solundaki deliğe çıkıntı yapan sabit bir dayanağa çarpana kadar döndürdü. Örneğin, 3 ve 4 numaralı dişler arasına bir pim yerleştirilmişse ve tekerlek tamamen döndürülmüşse, tam çemberinin 3/10'u kadar dönmüştür. Her tekerleğin dönüşü, eksenleri yatay olarak yerleştirilmiş silindirik tamburlara bir iç mekanizma aracılığıyla iletildi. Tamburların yan yüzeyine sıra sıra numaralar uygulanmıştır. Toplamları 9'u geçmediyse sayıların eklenmesi çok basitti ve onlarla orantılı açıların toplanmasına tekabül ediyordu. Büyük sayıları eklerken, on'u en yüksek basamağa aktarma denilen bir işlem yapılması gerekiyordu. Bir sütunda veya bir abaküs üzerinde sayan insanlar bunu akıllarında yapmalıdır. Pascal'ın makinesi aktarımı otomatik olarak gerçekleştiriyordu ve bu onun en önemli ayırt edici özelliğiydi. Aynı kategoriye ait makinenin elemanları, ayar çarkı N, dijital tambur I ve dört taç çarkı B, bir dişli çarkı K ve onlarca iletmek için bir mekanizmadan oluşan sayaçtı.
B1, B2 ve K tekerleklerinin makinenin çalışması için temel öneme sahip olmadığını ve yalnızca ayar tekerleği N'nin hareketini dijital tambur I'e aktarmak için kullanıldığını unutmayın. Ancak B3 ve B4 tekerlekleri, makinenin ayrılmaz parçalarıydı. sayaç ve bu nedenle "sayma tekerlekleri" olarak adlandırıldı. İki bitişik kategori A1 ve A2'nin sayma tekerlekleri, akslara sağlam bir şekilde monte edildi. Pascal'ın "sling" olarak adlandırdığı onlarca iletim mekanizması aşağıdaki cihaza sahipti. Pascal makinesindeki küçük kategorinin B1 sayma çarkında, A1 ekseni döndüğünde, iki dizli D1 kolunun ucunda bulunan M çatalının dişleriyle geçen C1 çubukları vardı. Bu kol, kıdemli kategorinin A2 ekseninde serbestçe döndürülürken, çatal yaylı bir mandal taşıyordu. A1 ekseninin dönüşü sırasında, B1 çarkı 6 numaraya karşılık gelen konuma ulaştığında, C1 çubukları çatalın dişlerine geçmiş ve 9'dan 0'a geçtiği anda, çatal kaymıştır. angajman ve kendi ağırlığının etkisi altında düştü, bir köpeği sürükledi. İkincisi aynı zamanda en yüksek dereceli B2 sayma çarkını bir adım ileri itti (yani, A2 ekseni ile birlikte 36 derece döndürdü). Balta şeklinde bir dişle biten H kolu, çatal kaldırıldığında B1 tekerleğinin ters yönde dönmesini engelleyen bir kanca rolünü oynadı. Aktarma mekanizması, sayma çarklarının sadece bir yönde dönmesiyle çalışıyor ve çarkları ters yönde döndürerek çıkarma işleminin yapılmasına izin vermiyordu. Bu nedenle Pascal, çıkarmayı ondalık tümleyenle toplama ile değiştirdi. Örneğin, 532'den 87 çıkarmak gerekli olsun. Toplama yöntemi şu işlemlere yol açar: 532-87=532-(100-13)=(532+13)-100=445. Sadece 100'ü çıkarmayı hatırlamanız gerekiyor. Ancak, belirli sayıda basamağı olan bir makinede bu konuda endişelenemezdi. Gerçekten de, altı bitlik bir makinede 532-87'yi çıkaralım. Sonra 000532+999913=1000445. Ancak altıncı kategoriden transferin gidecek hiçbir yeri olmadığı için ilk birim kendi kendine kaybolacak. Çarpma da toplamaya indirgendi. Örneğin, 365'i 132 ile çarpmak istiyorsanız, toplama işlemini beş kez yapmanız gerekir: 365 Ancak Pascal'ın makinesi terimi her seferinde yeniden kullandığından, bu aritmetik işlemi gerçekleştirmek için onu kullanmak son derece zordu. Bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesindeki bir sonraki aşama, ünlü Alman matematikçi Leibniz'in adıyla ilişkilidir. 1672 yılında Leibniz, Hollandalı fizikçi ve mucit Huygens'i ziyaret etmiş ve çeşitli matematiksel hesaplamalarla ondan ne kadar zaman ve emek harcandığına şahit olmuştur. Sonra Leibniz bir toplama makinesi yaratma fikrini ortaya attı. “Köleler gibi, makine kullanan herkese emanet edilebilecek hesaplama işleriyle zaman harcamak böyle harika insanlara layık değil” diye yazdı. Ancak, böyle bir makinenin yaratılması, Leibniz'den tüm yaratıcılığını gerektiriyordu. Ünlü 12 haneli toplama makinesi sadece 1694'te ortaya çıktı ve yuvarlak bir meblağa mal oldu - 24000 taler. Makinenin mekanizması, çeşitli uzunluklarda dişlere sahip bir silindir olan Leibniz tarafından icat edilen kademeli silindire dayanıyordu. 12 bitlik bir toplama makinesinde, sayının her basamağı için bir tane olmak üzere bu tür 12 silindir vardı.
Aritmometre iki bölümden oluşuyordu - sabit ve hareketli. Ana 12 bitlik sayaç ve giriş cihazının kademeli silindiri sabit olana yerleştirildi. Sekiz küçük dijital daireden oluşan bu cihazın montaj kısmı makinenin hareketli kısmında bulunuyordu. Her dairenin ortasında, makinenin kapağının altına bir dişli çark E'nin monte edildiği bir aks vardı ve aks ile birlikte dönen kapağın üstüne bir ok yerleştirildi. Okun sonu, dairenin herhangi bir sayısına göre ayarlanabilir.
Makineye veri girişi özel bir mekanizma kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kademeli silindir S, dişli raf tipi bir dişe sahip dört kenarlı bir eksen üzerine monte edilmiştir. Bu ray, çevresine 0, 1 ... 9 rakamlarının uygulandığı on dişli bir E tekerleği ile birbirine geçmiştir. Bu tekerleği, kapağın yuvasında bir veya başka bir figür görünecek şekilde çevirerek, kademeli silindir, ana sayacın dişli çarkının F eksenine paralel hareket ettirilir. Bundan sonra silindir 360 derece döndürülürse, o zaman bir, iki, vb. F tekerleğine geçmiştir. kaymanın büyüklüğüne bağlı olarak en uzun adımlar. Buna göre, F çarkı 0, 1...9 kısım tam tur döndü; disk veya silindir R de döndürüldü Silindirin bir sonraki dönüşü ile aynı numara tekrar sayaca aktarıldı. Pascal ve Leibniz'in bilgisayar makineleri ve XNUMX. yüzyılda ortaya çıkan bazı diğerleri yaygın olarak kullanılmadı. Karmaşık, pahalıydılar ve bu tür makinelere yönelik kamu ihtiyacı hala çok keskin değildi. Ancak üretim ve toplum geliştikçe özellikle çeşitli matematiksel tabloların derlenmesinde böyle bir ihtiyaç daha fazla hissedilmeye başlandı. Aritmetik, trigonometrik ve logaritmik tablolar Avrupa'da XNUMX. yüzyılın sonu - XNUMX. yüzyılın başlarında yaygınlaştı; bankalar ve kredi büroları faiz tablolarını, sigorta şirketleri ise ölüm tablolarını kullandı. Ancak astronomik ve seyir tabloları kesinlikle istisnai bir öneme sahipti (özellikle İngiltere için - "büyük deniz gücü"). Gökbilimcilerin gök cisimlerinin konumuyla ilgili tahminleri, o zamanlar denizcilerin gemilerini açık denizlerde bulabilmelerinin tek yoluydu. Bu tablolar, her yıl yayınlanan "Deniz Takvimi"ne dahil edilmiştir. Her baskı, onlarca ve yüzlerce sayacın muazzam emeğini gerektiriyordu. Bu tabloları derlerken hatalardan kaçınmanın ne kadar önemli olduğunu söylemeye gerek yok. Ama yine de hatalar vardı. Yüzlerce ve hatta binlerce yanlış veri de en yaygın tabloları içeriyordu - logaritmik olanlar. Bu tabloların yayıncıları, alınan hesaplamaları kontrol eden özel bir düzeltmen kadrosu bulundurmak zorunda kaldılar. Ancak bu hatalardan kurtarmadı. Durum o kadar ciddiydi ki, dünyada ilk olan İngiliz hükümeti, bu tür tabloları derlemek için özel bir bilgisayar oluşturmaya özen gösterdi. Makinenin geliştirilmesi (buna fark makinesi denir) ünlü İngiliz matematikçi ve mucit Charles Babbage'a emanet edildi. 1822'de çalışan bir model yapıldı. Babbage'ın buluşunun önemi ve onun tarafından geliştirilen makine hesaplama yönteminin önemi çok büyük olduğundan, fark motorunun yapısı üzerinde daha ayrıntılı durmalıyız. Önce basit bir örnekle, Babbage'ın tabloları derlemek için önerdiği yöntemi ele alalım. Diyelim ki doğal seri 1, 2, 3'ün üyelerinin dördüncü kuvvetlerinin tablosunu hesaplamak istiyorsunuz...
1. sütundaki dizinin bazı üyeleri için böyle bir tablonun zaten hesaplandığını ve elde edilen değerlerin 2. sütuna girildiğini varsayalım. Sonraki her değerden önceki değeri çıkarın. İlk farkların sıralı bir değerini alacaksınız (sütun 3). Aynı işlemi birinci farklarla yaptıktan sonra ikinci farkları (sütun 4), üçüncüleri (sütun 5) ve son olarak dördüncü farkları (sütun 6) elde ederiz. Bu durumda, dördüncü farkların sabit olduğu ortaya çıkıyor: 6. sütun aynı sayıda 24'ten oluşuyor. Ve bu bir kaza değil, önemli bir teoremin sonucudur: eğer bir fonksiyon (bu durumda, bir fonksiyondur y (x)=x4, burada x doğal sayılar kümesine aittir) n'inci dereceden bir polinomdur, o zaman sabit adımlı bir tabloda n'inci farkları sabit olacaktır. Artık ilk satıra göre gerekli tabloyu toplamayı kullanarak elde edebileceğinizi tahmin etmek kolaydır. Örneğin, başlatılan tabloya bir satır daha devam etmek için eklemeler yapmanız gerekir: 156 + = 24 180 590 + = 180 770 1695 + = 770 2465 4096 + = 2465 6561 Babbage'ın Fark Motoru, Pascal'ınkiyle aynı ondalık sayma çarklarını kullandı. Sayıyı temsil etmek için bu tür tekerleklerden oluşan kayıtlar kullanıldı. Bir dizi doğal sayı içeren tablonun 1 hariç her sütununun kendi durumu vardı; Toplamda, makinede yedi tane vardı, çünkü fonksiyonları sabit altıncı farklarla hesaplaması gerekiyordu. Her kayıt, görüntülenen sayının basamak sayısına göre 18 dijital tekerlekten ve diğer yardımcı amaçlar için devir sayacı olarak kullanılan birkaç ek tekerlekten oluşuyordu. Makinenin tüm kayıtları tablomuzun son satırına karşılık gelen değerleri sakladıysa, 2. sütundaki fonksiyonun bir sonraki değerini elde etmek için, sırayla ekleme sayısına eşit sayıda ekleme yapmak gerekiyordu. mevcut farklılıklar. Fark motorundaki ekleme iki aşamada gerçekleşti. Terimleri içeren kayıtlar, sayma çarklarının dişleri birbirine geçecek şekilde kaydırıldı. Bundan sonra, kayıtlardan birinin tekerlekleri, her biri sıfıra ulaşana kadar ters yönde döndü. Bu aşamaya ekleme aşaması adı verildi. Bu aşamanın sonunda, ikinci kaydın her bir basamağında, bu basamağın basamaklarının toplamı elde edildi, ancak şimdiye kadar basamaktan basamağa olası transferler hesaba katılmadı. Transfer, transfer aşaması olarak adlandırılan bir sonraki aşamada gerçekleşti ve bu şekilde gerçekleştirildi. Ekleme aşamasındaki her tekerleğin 9'dan 0'a geçişi sırasında, bu boşalmada özel bir mandal serbest bırakıldı. Transfer aşamasında, tüm mandallar, bir sonraki en yüksek rütbenin tekerleğini aynı anda bir adım döndüren özel kollarla yerlerine döndürüldü. Bu tür her bir dönüş, sırayla, basamaklardan birinde 9'dan 0'a geçişe neden olabilir ve bu nedenle, tekrar yerine dönen mandalın serbest bırakılması, bir sonraki basamağa transfer yapılmasına neden olabilir. Böylece, mandalların yerine geri dönüşü, kaydın en az anlamlı basamağından başlayarak sırayla gerçekleşti. Böyle bir sisteme ardışık transferli toplama denir. Diğer tüm aritmetik işlemler toplama ile yapıldı. Çıkarma yaparken, sayma çarkları ters yönde dönüyordu (Pascal'ın makinesinden farklı olarak, Babbage'ın fark makinesi bunun yapılmasına izin verdi). Çarpma, sıralı toplamaya, bölme ise sıralı çıkarmaya indirgendi. Tarif edilen yöntem sadece polinomları hesaplamak için değil, aynı zamanda logaritmik veya trigonometrik gibi diğer fonksiyonlar da kullanılabilir, ancak polinomların aksine, kesinlikle sabit lider farklılıkları yoktur. Bununla birlikte, tüm bu fonksiyonlar sonsuz bir seri, yani basit bir polinom olarak gösterilebilir (genişletilebilir) ve herhangi bir noktada değerlerinin hesaplanması, daha önce ele aldığımız soruna indirgenebilir. Örneğin, sin x ve cos x sonsuz polinomlar olarak temsil edilebilir:
Bu açılımlar, 0'dan p/4'e (p/4=3, 14/4=0) kadar tüm fonksiyon değerleri için çok yüksek doğrulukla doğrudur. p/785'ten büyük x değerleri için, genişleme farklı bir forma sahiptir, ancak bu bölümlerin her birinde trigonometrik fonksiyon bir tür polinom olarak temsil edilebilir. Hesaplamalarda dikkate alınan dizilerdeki terim çiftlerinin sayısı, elde etmek istediğiniz doğruluğa bağlıdır. Örneğin, doğruluk gereksinimleri küçükse, kendinizi dizinin ilk iki veya dört terimiyle sınırlayabilir ve gerisini atabilirsiniz. Ancak daha fazla terim alabilir ve fonksiyonun değerini herhangi bir noktada herhangi bir doğrulukla hesaplayabilirsiniz. (4!=2•1=2; 2!=3•1•2=3; 6!=4•1•2•3=4 vs. olduğuna dikkat edin) Yani herhangi bir fonksiyonun değerlerinin hesaplanması Babbage tarafından basit bir aritmetik işleme indirgendi - toplama. Ayrıca, fonksiyonun bir bölümünden diğerine geçerken, farkın değerini değiştirmek gerektiğinde, fark motorunun kendisi bir çağrı verdi (belirli sayıda hesaplama adımı tamamlandıktan sonra çağrıldı). Sadece bir fark motorunun yaratılması, Babbage'a bilgisayar tarihinde bir onur yeri verebilirdi. Ancak, orada durmadı ve çok daha karmaşık bir tasarım geliştirmeye başladı - tüm modern bilgisayarların doğrudan öncülü haline gelen analitik bir motor. Uzmanlığı neydi? Gerçek şu ki, fark makinesi, özünde, hala sadece karmaşık bir toplama makinesi olarak kaldı ve çalışması için, tüm hesaplama şemasını (programını) kafasında tutan ve makinenin hareketlerini yönlendiren bir kişinin sürekli varlığını gerektiriyordu. bir yol veya başka bir yol. Bu durumun, hesaplamaların performansında belirli bir fren olduğu açıktır. 1834 civarında, Babbage şu fikri ortaya attı: "Evrensel bir hesap makinesi olacak, yani tüm eylemleri insan müdahalesi olmadan gerçekleştirecek ve belirli bir aşamada alınan karara bağlı olarak kendi başına bir makine oluşturmak mümkün değil mi? daha ileri hesaplama yolunu seçin?" Özünde bu, program kontrollü bir makinenin yaratılması anlamına geliyordu. Daha önce operatörün kafasında olan bu programın, şimdi makineye önceden girilecek ve çalışmasını kontrol edecek bir dizi basit ve net komuta ayrıştırılması gerekiyordu. Yazılım kontrollü cihazlar fikri o zamanlar çoktan gerçekleşmiş olmasına rağmen, hiç kimse böyle bir bilgisayar yaratmaya çalışmamıştı. 1804'te Fransız mucit Joseph Jacquard bilgisayar kontrollü dokuma tezgâhını icat etti. Çalışmasının prensibi aşağıdaki gibiydi. Kumaş, bildiğiniz gibi, birbirine dik ipliklerin iç içe geçmesidir. Bu dokuma, çözgü ipliklerinin (uzunlamasına) gözlerden - tel halkalardaki deliklerden geçirildiği ve enine ipliklerin bir mekik kullanılarak bu çözgü içinden belirli bir sırayla çekildiği bir dokuma tezgahında gerçekleştirilir. En basit örgüde, ilmekler birinden yükselir ve içlerinden geçen çözgü iplikleri buna göre yükselir. Kaldırılan ve yerinde kalan iplikler arasında, mekiğin atkı ipliğini (enine) arkasına çektiği bir boşluk oluşur. Bundan sonra, yükseltilmiş halkalar indirilir ve geri kalanı yükseltilir. Daha karmaşık bir dokuma deseni ile, ipliklerin diğer çeşitli kombinasyonlarda kaldırılması gerekiyordu. Dokumacı, genellikle çok zaman alan çözgü ipliklerini manuel olarak indirdi ve kaldırdı. 30 yıllık ısrarlı çalışmadan sonra, Jacquard, delikli kartlar - delikli kartlar kullanarak belirli bir yasaya göre döngülerin hareketini otomatikleştirmeyi mümkün kılan bir mekanizma icat etti. Jacquard'ın makinesinde gözler, delikli bir kartın üzerinde duran uzun iğnelerle birleştirildi. Deliklerle karşılaşan iğneler yukarı doğru hareket etti ve bunun sonucunda onlarla ilişkili gözler yükseldi. İğneler, deliklerin olmadığı yerde kartların üzerine oturduysa, gözleri aynı şekilde kendilerine bağlı tutarak yerinde kaldılar. Böylece, mekik için boşluk ve dolayısıyla ipliklerin dokuma modeli, ilgili kontrol kartlarındaki bir dizi delik tarafından belirlendi. Babbage, analitik motorunda aynı kontrol delikli kart prensibini kullanmayı amaçladı. Cihazın üzerinde neredeyse kırk yıl çalıştı: 1834'ten 1871'deki yaşamının sonuna kadar, ancak bitiremedi. Bununla birlikte, ondan sonra, makinenin ve bireysel bileşenlerinin 200'den fazla çizimi vardı ve bunların çalışmalarını açıklayan birçok ayrıntılı not vardı. Tüm bu materyaller büyük ilgi görüyor ve teknoloji tarihindeki en şaşırtıcı bilimsel öngörü örneklerinden biri. Babbage'a göre Analitik Motor dört ana blok içermeliydi.
Babbage'ın "değirmen" olarak adlandırdığı ilk cihaz, dört temel aritmetik işlemi gerçekleştirmek için tasarlandı. İkinci cihaz - "depo" - sayıları (ilk, ara ve nihai sonuçlar) depolamak için tasarlandı. İlk sayılar aritmetik birime gönderildi ve ondan ara ve nihai sonuçlar alındı. Bu iki bloğun ana unsuru, ondalık sayma çarklarının kayıtlarıydı. Her biri on konumdan birine yerleştirilebilir ve böylece bir ondalık basamağı "hatırlayabilir". Makinenin hafızası, her biri 1000 sayısal tekerleğe sahip 50 kayıt içermek zorundaydı, yani 1000 elli basamaklı sayı saklayabilirdi. Doğrudan yapılan hesaplamaların hızı, dijital tekerleklerin dönüş hızına bağlıydı. Babbage, 50 bitlik iki sayı eklemenin 1 saniye süreceğini varsaymıştı. Sayıları bellekten aritmetik bir cihaza aktarmak ve bunun tersi için, tekerleklerdeki dişlerle birbirine geçmesi gereken dişli rafları kullanması gerekiyordu. Her ray, tekerlek sıfır konumuna gelene kadar hareket etti. Hareket, çubuklar ve bağlantılarla bir aritmetik cihaza iletildi ve burada, kayıt tekerleklerinden birini istenen konuma hareket ettirmek için başka bir ray vasıtasıyla kullanıldı. Analitik motorun temel çalışması, tıpkı fark gibi, toplamaydı ve geri kalanı ona indirgendi. Birçok vitesi döndürmek için Babbage'ın bir buhar makinesi kullanarak elde etmeyi umduğu önemli bir dış kuvvet gerekliydi. İşlemlerin sırasını, üzerinde işlem yapılan sayıların iletimini ve sonuçların çıktısını kontrol eden üçüncü cihaz, yapısal olarak iki jakarlı delikli kart mekanizmasıydı. Babbage'ın delikli kartları, Jacquard'ın yalnızca bir işlemi kontrol eden delikli kartlarından farklıydı - kumaş üretim sürecinde istenen deseni elde etmek için ipliğin kaldırılması. Analitik Motorun yönetimi, her biri özel bir delikli kart türü gerektiren çeşitli operasyon türlerini içeriyordu. Babbage, üç ana delikli kart türü tanımladı: operasyonel (veya işlem kartları), değişkenler (veya değişken kartlar) ve sayısal. Operasyonel delikli kartlar makineyi kontrol etti. Onlara verilen komutlara göre, aritmetik cihazda bulunan sayıları toplama, çıkarma, çarpma ve bölme işlemleri gerçekleşti. Babbage'ın en ileri görüşlü fikirlerinden biri, işlemsel delikli kartlar dizisi tarafından verilen komutlar kümesine koşullu dal komutunun eklenmesiydi. Kendi başına, program kontrolü (koşullu bir atlama kullanılmadan), karmaşık hesaplamalı çalışmayı verimli bir şekilde uygulamak için yeterli olmayacaktır. İşlemlerin doğrusal dizisi her noktada kesin olarak tanımlanmıştır. Bu yol her ayrıntısıyla sonuna kadar biliniyor. "Koşullu atlama" kavramı, önceden belirli bir koşulun karşılanması durumunda bilgisayarın programın başka bir bölümüne geçişi anlamına gelir. Koşullu bir dal talimatı kullanma fırsatına sahip olan bilgisayar programının derleyicisinin, hesaplama kursu seçimini etkileyen özelliğin hesaplamanın hangi aşamasında değişeceğini bilmesi gerekmedi. Koşullu bir geçişin kullanılması, yoldaki her çataldaki mevcut durumu analiz etmeyi ve buna dayanarak bir veya başka bir yol seçmeyi mümkün kılmıştır. Koşullu komutların çok farklı bir biçimi olabilir: sayıları karşılaştırmak, gerekli sayısal değerleri seçmek, bir sayının işaretini belirlemek vb. Makine aritmetik işlemler yaptı, alınan sayıları birbiriyle karşılaştırdı ve buna göre başka işlemler yaptı. Böylece makine, programın başka bir bölümüne gidebilir, bazı komutları atlayabilir veya programın bir bölümünün yeniden yürütülmesine geri dönebilir, yani bir döngü düzenleyebilir. Koşullu dal talimatının getirilmesi, makinede sadece hesaplamalı değil, mantıksal işlemlerin kullanımının başlangıcını işaret etti.
İkinci tip delikli kartların yardımıyla - değişkenler (veya Babbage'ın terminolojisinde "değişken kartları"), sayılar bellek ve bir aritmetik cihaz arasında aktarıldı. Bu kartlar sayıların kendilerini değil, yalnızca bellek kayıtlarının sayısını, yani bir numarayı saklamak için hücreleri gösterir. Babbage, hafıza kayıtlarına "değişkenler" adını verir ve bu kayıtların içeriğinin, içinde saklanan sayıya bağlı olarak değiştiğini gösterir. Babbage'ın Analitik Motoru üç tür değişken harita kullandı: bir sayıyı bir aritmetik birime aktarmak ve onu bellekte daha fazla depolamak için, benzer bir işlem için ancak bellekte saklamadan ve bir sayıyı belleğe girmek için. Bunlara şunlar denir: 1) "sıfır haritası" (sayı hafıza kaydından çağrılır, ardından kayıtta sıfır değeri ayarlanır); 2) "kaydetme kartı" (numara, kaydın içeriğini değiştirmeden bellekten aranır); 3) "alma kartı" (sayı aritmetik birimden belleğe aktarılır ve kayıtlardan birine yazılır). Makine çalışırken, operasyonel delikli kart başına ortalama üç değişken kart vardı. İki orijinal sayının saklandığı bellek hücrelerinin (modern terminolojideki adresler) sayısını ve sonucun yazıldığı hücrenin numarasını belirttiler.
Sayısal delikli kartlar, analitik makinenin ana delikli kart tipini temsil ediyordu. Onların yardımıyla, belirli bir problemi çözmek için ilk sayılar ve hesaplamalar sırasında gerekli olabilecek yeni veriler girildi. Önerilen hesaplamaları yaptıktan sonra, makine ayrı bir delikli kartın cevabını verdi. Operatör bu delikli kartları numara sırasına göre ekledi ve daha sonra bunları işinde kullandı (bunlar sanki onun harici hafızasıydı). Örneğin, hesaplamalar sırasında makine, 2303 logaritmasının değerine ihtiyaç duyduğunda, bunu özel bir pencerede gösterdi ve bir çağrı verdi. Operatör bu logaritmanın değeri ile gerekli delikli kartı buldu ve makineye girdi. Babbage, "Bütün kartlar," diye yazdı, "bir kez kullanıldı ve bir görev için yapıldı, aynı sorunları diğer verilerle çözmek için kullanılabilir, bu nedenle onları ikinci kez hazırlamaya gerek yok - ileride kullanım için dikkatlice korunabilirler; zamanla, makinenin kendi kitaplığınız olacaktır. Dördüncü blok, ilk sayıları almak ve nihai sonuçları vermek için tasarlandı ve G / Ç işlemlerini sağlayan birkaç cihazdan oluşuyordu. İlk sayılar operatör tarafından makineye girildi ve nihai sonuçların çıkarıldığı ve çıkarıldığı depolama cihazına girildi. Makine, yanıtı delikli bir karta veya kağıda yazdırabilir. Sonuç olarak, analitik motorun donanım bölümünün geliştirilmesinin yalnızca Babbage adıyla ilişkilendirilmesi durumunda, bu makinedeki problem çözme programlamasının iyi arkadaşı Lady Ada Lovelace'ın adıyla olduğu belirtilmelidir. tutkuyla matematiğe düşkün olan ve karmaşık bilimsel ve teknik problemlerde mükemmel bir şekilde anlaşılan büyük İngiliz şair Byron'ın kızı. 1842'de genç matematikçi Menabrea'nın İtalya'da Babbage'ın analitik motorunu anlatan bir makalesi yayınlandı. 1843'te Lady Lovelace, bu makaleyi kapsamlı ve derin bir yorumla İngilizce'ye çevirdi. Lady Lovelace, makinenin çalışmasını göstermek için Bernoulli sayılarını hesaplamak için derlediği bir programı makaleye ekledi. Onun yorumu, esasen programlama üzerine yapılmış ilk çalışmadır. Analitik Motorun çok pahalı ve karmaşık bir cihaz olduğu ortaya çıktı. Başlangıçta Babbage'ın çalışmalarını finanse eden İngiliz hükümeti, kısa süre sonra ona yardım etmeyi reddetti, bu yüzden işini asla tamamlayamadı. Bu makinenin karmaşıklığı haklı mıydı? Her şeyde değil. Babbage elektrik sinyalleri kullansaydı, birçok işlem (özellikle sayıların giriş-çıkışları ve bunların bir aygıttan diğerine iletimi) büyük ölçüde basitleştirilmiş olurdu. Bununla birlikte, onun makinesi, mucidini genellikle çok zor bir duruma sokan, herhangi bir elektrikli eleman içermeyen tamamen mekanik bir cihaz olarak tasarlandı. Bu arada, daha sonra bilgisayarların ana unsuru haline gelen elektromekanik röle o zamanlar zaten icat edilmişti: 1831'de Henry ve Salvatore dal Negro tarafından aynı anda icat edildi. Bilgisayar teknolojisinde elektromekanik rölelerin kullanımı, büyük miktarda veriyi (örneğin nüfus sayımı sonuçları) işlemek için tasarlanmış bir dizi cihaz yaratan Amerikan Herman Gollerith'in icadına kadar uzanır. Böyle bir makineye duyulan ihtiyaç çok büyüktü. Örneğin, 1880 nüfus sayımının sonuçları ABD'de 7 yıl boyunca işlendi. Böylesine önemli bir dönem, çok sayıda kartın (5 milyon kişinin her biri için bir tane) çok büyük - 50 başlık - kartta sorulan soruların yanıtlarını sıralamanın gerekli olduğu gerçeğiyle açıklandı. Gollerith bu sorunları ilk elden biliyordu - kendisi ABD Sayım Bürosu'nun bir çalışanıydı - nüfus sayımlarını yürütmekten ve sonuçlarını işlemekten sorumlu bir istatistik kurumu. Kartları sıralama konusunda çok çalışan Gollerith, bu süreci mekanikleştirme fikrini ortaya attı. İlk olarak, kartları delikli kartlarla değiştirdi, yani cevap seçeneğini kurşun kalemle işaretlemek yerine, bir delik açmayı düşündü. Bu amaçla, nüfus sayımı sırasında kaydedilen bir kişi hakkındaki tüm bilgilerin yumruk şeklinde uygulandığı 80 sütunlu özel bir delikli kart geliştirdi. (Bu delikli kartın şekli o zamandan beri önemli ölçüde değişmedi.) Genellikle, bir soruyu yanıtlamak için bir delikli kartın bir şeridi kullanıldı, bu da on yanıtın (örneğin, dinle ilgili bir soruya) sabitlenmesini mümkün kıldı. Bazı durumlarda (örneğin, yaşla ilgili soru) yüz cevap veren iki sütun kullanılabilir. Gollerith'in ikinci fikri, ilkinin bir sonucuydu - dünyanın ilk sayma ve delme kompleksini yarattı; bu, bir giriş delgisi (delik açmak için) ve delikli kartları sıralamak için bir cihaza sahip bir tablolama makinesini içeriyordu. Perforasyon, bir kart için bir alıcıya sahip bir dökme demir gövdeden ve zımbanın kendisinden oluşan bir zımba üzerinde manuel olarak gerçekleştirildi. Alıcının üzerine birkaç sıra delikli bir plaka yerleştirildi; zımba kolu bunlardan birinin üzerine bastırıldığında plakanın altındaki karta istenilen şekilde deliniyordu. Tek bir dokunuşla ortak veriler içeren bir grup karta delinmiş karmaşık bir yumruk. Ayırma makinesi, kapaklı birkaç kutudan oluşuyordu. Kartlar, bir dizi yaylı iğne ve cıva ile doldurulmuş tanklar arasında elle itildi. Pim deliğe düştüğünde cıvaya değdi ve elektrik devresini tamamladı. Aynı zamanda, belirli bir kutunun kapağı kaldırıldı ve operatör oraya bir kart koydu. Tablo düzenleyici (veya toplama makinesi), delikli kartlardaki delikleri hissederek bunları karşılık gelen sayılar olarak alır ve sayar. Çalışma prensibi bir ayırma makinesine benziyordu ve bir elektromekanik rölenin kullanımına dayanıyordu (yaylı pimler ve cıvalı kaplar da onlar gibi kullanıldı). Delikli kartların hareketi sırasında çubuklar deliklerden cıvalı kaplara düştüğünde elektrik devresi kapatılır ve sayaca bir elektrik sinyali iletilir, bu da içindeki sayıya yeni bir birim eklenir. Her sayacın, bir delik algılandığında bir ölçek birimini hareket ettiren bir oklu bir kadranı vardı. Tablonun 80 sayacı varsa, aynı anda 8 soru için sonuçları hesaplayabilir (her biri için on olası cevapla). Sonraki 8 sorunun sonuçlarını hesaplamak için aynı delikli kart, diğer bölümü tarafından tekrar tablodan geçirildi. Bir seferde saatte 1000 karta kadar sıralandı. İlk patent (bir fikir için) Gollerith 1884'te aldı. 1887'de, makinesi Baltimore'da nüfus ölüm tablolarını derlerken test edildi. 1889'da sistemin belirleyici testi gerçekleşti - San Louis şehrinin dört bölgesinde bir deneme sayımı yapıldı. Gollerith'in makinesi iki rakip manuel sistemin çok ilerisindeydi (10 kat daha hızlı çalışıyordu). Bundan sonra, ABD hükümeti 1890 nüfus sayımı için ekipman temini için Gollerith ile bir anlaşma yaptı. Bu sayımın sonuçları, tablo sayesinde sadece iki yıl içinde işlendi. Sonuç olarak, makine çok hızlı bir şekilde uluslararası tanınırlık kazandı ve birçok ülkede nüfus sayımı verilerinin işlenmesinde kullanıldı. 1902'de Gollerith, kartların manuel olarak değil otomatik olarak beslendiği otomatik bir tablolama makinesi yarattı ve sıralama makinesini modernize etti. 1908'de toplama makinesinin temelde yeni bir modelini yarattı. Cıvalı kaplar yerine, burada elektromıknatısların elektrik devrelerinin kapatıldığı temas fırçaları kullanıldı. Sonuncusu, sürekli dönen şaftın toplayıcı sayacının dijital tekerlekleri ile bağlantısını ve bağlantısını sağladı. Dijital tekerlekler, elektromıknatıslar tarafından kontrol edilen kayar köpek kavramalarını taşıyan sürekli dönen bir şafttan dişliler aracılığıyla döndü. Temas fırçasının altında bir delik bulunduğunda, ilgili elektromıknatısın elektrik devresi kapatıldı ve dijital tekerleği dönen mile bağlayan debriyajı açtı, ardından bu kategorideki sayacın içeriği bir miktar arttı. Tekerleğin bir dönüşüyle orantılı sayı. Onlarca transfer, Babbage'ın fark motorunda olduğu gibi gerçekleştirildi. Gollerith tarafından başlatılan çalışma bu güne kadar devam ediyor. 1896'da delikli makineler ve delikli kartlar üretiminde uzmanlaşmış bir şirket olan Tabulayting Machine Company'yi kurdu. 1911'de Gollerith girişimcilik faaliyetinden ayrıldıktan sonra, firması diğer üç şirketle birleşti ve bilgisayar teknolojisi alanındaki en büyük geliştirici olan, dünya çapında yaygın olarak bilinen IBM şirketine dönüştü. Gollerith tabulator, elektromekanik elemanları kullanan ilk kişiydi. Bilgisayar teknolojisinin daha da gelişmesi, geniş ve çok yönlü bir elektrik uygulamasıyla ilişkilendirildi. 1938'de Alman mühendis Konrad Zuse, telefon rölelerinde ilk röle elektronik bilgisayarı Z1'i yarattı (içindeki kayıt cihazı mekanik kaldı). 1939'da daha gelişmiş bir Z2 modeli ortaya çıktı ve 1941'de Zuse, ikili sistem kullanan dünyanın ilk program kontrollü çalışan bilgisayarını bir araya getirdi. Tüm bu makineler savaş sırasında öldü ve bu nedenle sonraki bilgisayar tarihi üzerinde fazla bir etkisi olmadı. Zuse'den bağımsız olarak, Howard Aiken ABD'de röle bilgisayarlarının yapımıyla uğraştı. Harvard Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Aiken, tezi üzerinde çalışırken birçok karmaşık hesaplama yapmak zorunda kaldı. Hesaplamalı çalışma süresini azaltmak için belirli problemlerin otomatik çözümü için basit makineler icat etmeye başladı. Sonunda, çok çeşitli bilimsel problemleri çözebilen otomatik bir evrensel bilgisayar fikrini ortaya attı. 1937'de IBM, projesiyle ilgilenmeye başladı. Aiken'e yardım etmek için bir mühendis ekibi görevlendirildi. Yakında Mark-1 makinesinin yapımı üzerinde çalışmalar başladı. Röleler, sayaçlar, kontak ve delikli kart giriş ve çıkış aygıtları, IBM tarafından üretilen tabloların standart parçalarıydı. 1944'te araba monte edildi ve Harvard Üniversitesi'ne bağışlandı. "Mark-1", geçiş tipi bir makine olarak kaldı. Sayıları temsil etmek için mekanik elemanlardan ve makinenin çalışmasını kontrol etmek için elektromekanik elemanlardan kapsamlı bir şekilde yararlandı. Babbage'ın Analitik Motorunda olduğu gibi, sayılar on dişli sayma çarklarından oluşan kayıtlarda saklandı. Toplamda, "Mark-1" 72 kayıt ve ayrıca mekanik anahtarlardan oluşan 60 kayıttan oluşan ek bir belleğe sahipti. Sabitler bu ek belleğe manuel olarak girildi - hesaplama sırasında değişmeyen sayılar. Her kayıt 24 tekerlek içeriyordu, bunlardan 23'ü sayının kendisini ve biri de işaretini temsil ediyordu. Kayıtların onlarca aktarma mekanizması vardı ve bu nedenle yalnızca sayıları depolamak için değil, aynı zamanda bunlar üzerinde işlem yapmak için de kullanılıyordu: bir kayıtta bulunan bir sayı diğerine aktarılabilir ve orada bulunan sayıya eklenebilir (veya ondan çıkarılabilir). Bu işlemler şu şekilde yapılmıştır. Kasayı oluşturan sayma çarklarından sürekli dönen bir mil geçiyor ve herhangi bir çark, devrinin belli bir kısmını oluşturan bir süre boyunca elektromekanik şalterler yardımıyla bu mile bağlanabiliyordu. Her numaraya, tekerlek döndüğünde sabit bir on parçalı temas boyunca uzanan bir fırça (okuma kontağı) takıldı. Bu, kaydın belirli bir bitinde saklanan rakamın elektriksel eşdeğerini elde etmeyi mümkün kıldı. Toplama işlemini gerçekleştirmek için, birinci kaydın fırçaları ile ikinci kaydın anahtarlama mekanizması arasında, ikinci kaydın tekerleklerinin, karşılık gelen rakamlardaki sayılarla orantılı olarak dönme süresinin bir kısmı için mile bağlandığı bu tür bağlantılar kuruldu. ilk kayıttan. Devir süresinin yarısından fazlasını işgal etmeyen ekleme aşamasının sonunda tüm anahtarlar otomatik olarak kapatıldı. Toplama mekanizmasının kendisi, Gollerit tablolarının toplayıcısından esasen farklı değildi. Çarpma ve bölme ayrı bir cihazda yapıldı. Ek olarak, makinede sin x, log x ve diğer bazı işlevleri hesaplamak için yerleşik bloklar vardı. Ortalama aritmetik işlem gerçekleştirme hızı: toplama ve çıkarma - 0 saniye, çarpma - 3 saniye, bölme - 5 saniye. Yani "Mark-7", manuel hesaplama makineleri ile çalışan yaklaşık 15 operatöre eşdeğerdi. "Mark-1" in çalışması, delikli bir bant kullanılarak girilen komutlarla kontrol edildi. Her komut, bant boyunca uzanan 24 sütuna delikler açılarak kodlandı ve temas fırçaları kullanılarak okundu. Delikli kartların delinmesi bir dizi darbeye dönüştürüldü. Belirli bir satırın konumlarının "sondalanması" sonucunda elde edilen elektrik sinyalleri seti, belirli bir hesaplama adımında makinenin hareketlerini belirledi. Bu komutlara dayanarak, kontrol cihazı bu programdaki tüm hesaplamaların otomatik olarak yürütülmesini sağladı: hafıza hücrelerinden sayılar aldı, gerekli aritmetik işlem için komut verdi, hesaplamaların sonuçlarını bir hafıza cihazına gönderdi, vb. Aiken, çıktı aygıtı olarak daktiloları ve perforatörleri kullandı. Mark 1'in piyasaya sürülmesinin ardından, Aiken ve ekibi, 2'de biten Mark 1947 üzerinde çalışmaya başladı. Bu makinede artık mekanik dijital tekerlekler yoktu ve sayıları ezberlemek, aritmetik işlemleri yapmak ve kontrol işlemlerini yapmak için elektrik röleleri kullanıldı - toplamda 13 bin vardı. "Mark-2" deki sayılar ikili biçimde temsil edildi. İkili sistem, bilgisayarlarda kullanım için en uygun olduğunu düşünen Leibniz tarafından önerildi. (Bu konuda bir inceleme 1703'te yazılmıştır.) Ayrıca ikili sayıların aritmetiğini de geliştirdi. Binary sistemde tıpkı alışık olduğumuz ondalık sistemde olduğu gibi her rakamın değeri konumuna göre belirlenir, sadece alışılagelmiş on haneli set yerine sadece ikisi kullanılır: 0 ve 1. Bir sayının ikili gösterimi, önce iyi bilinen ondalık gösterimin anlamına bakalım. Örneğin, 2901 sayısı aşağıdaki gibi temsil edilebilir:
Yani, sayılar: 2, 9, 0, 1, sayının ondalık basamaklarının her birinde kaç birim olduğunu gösterir. Ondalık sistem yerine ikili sistem alınırsa, her basamak, ikili basamakların her birinde kaç birim bulunduğunu gösterir. Örneğin, 13 sayısı ikili olarak şu şekilde yazılır:
İkili sistem oldukça külfetlidir (diyelim ki 9000 sayısı 14 basamak olacaktır), ancak aritmetik işlemleri gerçekleştirirken çok uygundur. İçindeki tüm çarpım tablosu tek bir eşitliğe indirgenir 1 * 1 \u1d 1 ve toplamanın yalnızca üç kuralı vardır: 0) 0 + 0, 2 verir; 0) 1+1 3 verir; 1) 1+0 1 verir ve XNUMX'i en önemli bit'e aktarır. Örneğin: 01010 +
İkili sistemin bilgisayar teknolojisinde onaylanması, ilki 0, diğeri 1 ile ilişkili olan iki kararlı durumdan birinde olabilen ikili basamak - elektrik rölelerinin basit teknik analoglarının varlığından kaynaklanıyordu. Bir makine cihazından diğerine elektriksel darbelerle bir ikili sayının aktarılması da çok uygundur. Bunu yapmak için, farklı şekillerde sadece iki darbe yeterlidir (veya bir sinyalin olmaması sıfır olarak kabul edilirse bir tane bile). Unutulmamalıdır ki, bilgisayar tarihinin başlangıcında oluşturulan röle makineleri, nispeten yavaş hareket ettikleri için bilgisayar teknolojisinde uzun süre kullanılmamıştır. Tıpkı mekanik bir makinede olduğu gibi, hesaplamaların hızı, dijital çarkların dönme hızı tarafından belirleniyordu, dolayısıyla bir röleden oluşan bir devrenin çalışma süresi, rölenin çalışıp bırakması için geçen süreye eşitti. Bu arada en hızlı röleler bile saniyede 50'den fazla işlem yapamıyorlardı. Örneğin Mark-2'de toplama ve çıkarma işlemleri ortalama 0,125 saniye, çarpma işlemi 0,25 saniye sürmüştür. Elektromekanik rölelerin elektronik analogları - vakum lambası tetikleyicileri - çok daha yüksek hıza sahipti. İlk nesil bilgisayarlarda temel unsurlar haline geldiler.
Tetik, 1919'da Rus mühendis Bonch-Bruevich ve bağımsız olarak Amerikalı Eccles ve Jordan tarafından icat edildi. Bu elektronik eleman iki lamba içeriyordu ve her an iki kararlı durumdan birinde olabilir. Elektronik bir röleydi, yani bir kontrol darbe sinyalinin varlığında istenen hattı veya elektrik akımı devresini açtı. Bir elektromekanik röle gibi, tek bir ikili basamağı temsil etmek için kullanılabilir.
Bir silindire yerleştirilebilen iki vakumlu tüp-triyot L1 ve L2'den oluşan elektronik bir rölenin çalışma prensibini düşünelim. L1 anotundan R1 direnci aracılığıyla gelen voltaj L2 ızgarasına, L2 anotundan gelen voltaj ise R1 direnci aracılığıyla L2 ızgarasına beslenir. Tetiğin bulunduğu konuma göre çıkışta düşük veya yüksek voltaj seviyesi verir. İlk önce L1 lambasının açık ve L2'nin kapalı olduğunu varsayalım. O halde, açık bir lambanın anodundaki voltaj, kapalı bir lambanın anodundaki voltajla karşılaştırıldığında küçüktür. Aslında, açık lamba L1 akımı ilettiği için, anot voltajının çoğu (Ohm yasasına göre u = i • R) yüksek anot direncinde Ra ve lambanın kendisinde (ona seri olarak bağlı) sadece küçük bir düşüş gösterir. gerilimin bir kısmı düşer. Tersine, kapalı bir lambada anot akımı sıfırdır ve anot voltaj kaynağının tüm voltajı lamba boyunca düşer. Bu nedenle, açık bir L1 lambasının anotundan kapalı bir lambanın ızgarasına, kapalı bir L2 lambasının anotundan L1 ızgarasına olduğundan çok daha az voltaj düşer. Her iki lambanın ızgaralarına uygulanan negatif voltaj Ec, açık lamba Ll'in anodundan ızgara L2'ye uygulanan küçük bir pozitif voltajın varlığına rağmen, ilk lamba L1'de kapalı olacak şekilde seçilir. L2 anotundan şebekeye uygulanan pozitif voltaj Ec'den çok daha büyük olduğundan, L1 lambası başlangıçta açıktır. Böylece lambalar arasındaki R2 ve R1 rezistansları arasındaki bağlantı sayesinde başlangıç durumu stabildir ve istediğiniz kadar devam edecektir. Şimdi, L1 açık lambasının şebekesine, onu kapatacak büyüklükte bir kısa akım darbesi şeklinde dışarıdan bir negatif voltaj uygulanırsa, devrede ne olacağını düşünelim. Anot akımı i1'de bir azalma ile, L1 lambasının anotundaki voltaj keskin bir şekilde artacak ve sonuç olarak, L2 ızgarasındaki pozitif voltaj artacaktır. Bu, L2 lambasındaki anot voltajının azalacağı için anot akımı i2'nin L2 lambasından görünmesine neden olur. L1 şebekesindeki pozitif voltajın düşürülmesi, L1'deki akımda daha da büyük bir düşüşe yol açacaktır. L1'deki akımın azalması ve L2'deki akımın artması gibi çığ benzeri bir büyüme sürecinin bir sonucu olarak, L1 lambası kapanacak ve L2 lambası açılacaktır. Böylece devre, keyfi olarak uzun bir süre korunacak yeni bir kararlı denge konumuna hareket edecektir: giriş 1'e uygulanan darbe “hatırlanır”. Elektronik rölenin orijinal durumuna geri dönüşü, girişe bir negatif voltaj darbesi uygulanarak yapılabilir. Bu nedenle tetikleyicinin iki kararlı denge konumu vardır: L1'in açık ve L2'nin kapalı olduğu ilk durum ve L1'in kapalı ve L2'nin açık olduğu "uyarılmış" durum. Bir tetikleyiciyi bir durumdan diğerine aktarma süresi çok kısadır. Kondansatörler C1 ve C2, lambanın çalışmasını hızlandırmaya yarar. Vakum tüplerinin depolama aygıtı olarak kullanılacağı bir bilgisayar fikri, Amerikalı bilim adamı John Mauchly'ye aittir. 30'lu yıllarda, tetikleyiciler üzerinde birkaç basit bilgisayar cihazı yaptı. Ancak, ilk kez, başka bir Amerikalı matematikçi John Atanasov, bir bilgisayar oluşturmak için elektronik tüpleri kullandı. Arabası 1942'de neredeyse tamamlanmıştı. Ancak savaş nedeniyle iş için fon kesildi. Ertesi yıl, 1943, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Moore Elektrik Mühendisliği Okulu'nda çalışırken, Mauchly, Presper Eckert ile birlikte bir elektronik bilgisayar için kendi projesini geliştirdi. ABD Mühimmat Departmanı bu işle ilgilenmeye başladı ve Pennsylvania Üniversitesi'nden makinenin yapımını emretti. Mauchli işin başına atandı. Ona yardım etmek için 11 mühendis (Eckert dahil), 200 teknisyen ve çok sayıda işçi daha verildi. İki buçuk yıl boyunca, 1946'ya kadar, bu ekip bir "elektronik dijital entegratör ve hesap makinesi" - ENIAC'ın oluşturulması üzerinde çalıştı. 135 metrekarelik bir alanı kaplayan, 30 ton kütleye ve 150 kilovat enerji tüketimine sahip devasa bir yapıydı. Makine, 18000 vakum tüpü ve 1500 röle içeren kırk panelden oluşuyordu. Bununla birlikte, mekanik ve elektromekanik elemanlar yerine vakum tüplerinin kullanılması, hızda keskin bir artışa izin verdi. ENIAC çarpma işlemi için sadece 0 saniye, toplama işlemi için ise 0028 saniye harcadı, yani en gelişmiş röle makinelerinden bin kat daha hızlı çalıştı. ENIAC cihazı genel hatlarıyla şu şekildeydi. Her on tetikleyici, mekanik bir makinenin sayma tekerleği olarak işlev gören ondalık bir sayaç oluşturan bir halkaya bağlandı. Bu tür on halka artı bir sayının işaretini temsil eden iki tetik, bir depolama kaydı oluşturdu. Toplamda, ENIAC'ın bu türden yirmi kaydı vardı. Her kayıt, onlarca iletmek için devre ile donatılmıştı ve toplama ve çıkarma yapmak için kullanılabilirdi. Diğer aritmetik işlemler özel bloklarda yapıldı. Sayılar, her ondalık basamak ve sayının işareti için bir tane olmak üzere 11 iletkenli gruplar aracılığıyla makinenin bir bölümünden diğerine iletildi. İletilen rakamın değeri, bu iletkenden akan darbelerin sayısına eşitti. Makinenin bireysel bloklarının çalışması, elektronik makinenin karşılık gelen bloklarını "açan" ve "kapatan" belirli bir dizi sinyal üreten bir ana osilatör tarafından kontrol edildi. Makineye sayıların girilmesi delikli kartlar kullanılarak yapıldı. Yazılım kontrolü, fişler ve dizgi alanları (anahtarlama kartı) aracılığıyla gerçekleştirildi - bu şekilde makinenin ayrı blokları birbirine bağlandı. Bu, açıklanan tasarımın önemli eksikliklerinden biriydi. Makineyi çalışmaya hazırlamak birkaç gün sürdü - devre kartındaki blokları birbirine bağlamak, görev bazen sadece birkaç dakika içinde çözülürken. Genel olarak, ENIAC hala oldukça güvenilmez ve kusurlu bir bilgisayardı. Genellikle başarısız oldu ve bir arıza araması bazen birkaç gün ertelendi. Ayrıca, bu makine bilgi depolayamıyordu. Son dezavantajı ortadan kaldırmak için 1944'te Eckert, bellekte saklanan bir program fikrini ortaya koydu. Bilgisayar tarihindeki en önemli teknik keşiflerden biriydi. Özü, program komutlarının sayısal bir kod biçiminde sunulması, yani ikili sistemde (sayılar gibi) kodlanması ve orijinal sayılarla birlikte saklanacakları makineye girilmesi gerektiğiydi. Bu komutları ve işlemleri onlarla birlikte ezberlemek için, aynı cihazları kullanması gerekiyordu - sayılarla yapılan işlemlerde olduğu gibi tetikleyiciler. Bellekten, bireysel talimatlar kontrol cihazına çıkarılacaktı, burada içerikleri çözülecek ve sayıları hafızadan bir aritmetik cihaza aktarmak ve üzerlerinde işlem yapmak ve sonuçları tekrar hafızaya göndermek için kullanılacaktı. Bu arada, İkinci Dünya Savaşı'nın sona ermesinden sonra, yeni elektronik bilgisayarlar birbiri ardına ortaya çıkmaya başladı. 1948'de Manchester Üniversitesi'nden İngiliz Kilburn ve Williams, depolanmış bir program fikrinin ilk kez uygulandığı MARK-1 makinesini yarattı. 1947'de Eckert ve Mouchli kendi şirketlerini kurdular ve 1951'de UNIVAC-1 makinelerinin seri üretimini başlattılar. 1951'de Akademisyen Lebedev'in ilk Sovyet bilgisayarı MESM ortaya çıktı. Sonunda, 1952'de IBM, ilk endüstriyel bilgisayarı olan IBM 701'i piyasaya sürdü. Tüm bu makinelerin tasarımlarında çok ortak noktası vardı. Şimdi ilk neslin tüm bilgisayarlarının bu genel çalışma prensipleri hakkında konuşacağız. Elektronik bilgisayarlar, bildiğiniz gibi, fizik, mekanik, astronomi, kimya ve diğer kesin bilimlerin en önemli problemlerini çözmek için matematiğin uygulama alanında gerçek bir devrim yarattı. Daha önce tamamen hesaplanamaz olan bu süreçler, bilgisayarlarda oldukça başarılı bir şekilde modellenmeye başlandı. Herhangi bir problemin çözümü, aşağıdaki ardışık adımlara indirgenmiştir: 1) incelenen herhangi bir sürecin fiziksel, kimyasal ve diğer özünün değerine dayanarak, problem cebirsel formüller, diferansiyel veya integral denklemler şeklinde formüle edilmiştir veya diğer matematiksel ilişkiler; 2) sayısal yöntemler kullanılarak, problem bir dizi basit aritmetik işlemlere indirgenmiştir; 3) belirlenen sırayla eylemlerin katı sırasını belirleyen bir program derlendi. (Bilgisayar, prensip olarak, bir toplama makinesinde çalışan bir kişi ile aynı prosedürü yürütür, ancak binlerce veya on binlerce kat daha hızlıdır.) Derlenen programın talimatları özel bir kod kullanılarak yazılmıştır. Bu komutların her biri, makine tarafında belirli bir eylemi belirledi. Gerçekleştirilen işlemin kodu dışındaki herhangi bir komut, adresleri içeriyordu. Genellikle üç tane vardı - iki ilk sayının alındığı bellek hücrelerinin sayısı (1. ve 2. adres) ve ardından sonucun gönderildiği hücrenin numarası (3. adres). Böylece, örneğin +/17/25/32 komutu, 17. ve 25. hücrelerdeki sayıların eklenmesi ve sonucun 32. hücreye gönderilmesi gerektiğini belirtti. Tek noktaya yayın komutu da kullanılabilir. Bu durumda, iki sayı üzerinde aritmetik işlem yapmak ve sonucu göndermek için üç komut gerekliydi: ilk komut, sayılardan birini bellekten aritmetik birime çağırdı, sonraki komut ikinci sayıyı çağırdı ve belirtilen işlemi gerçekleştirdi. sayılar, üçüncü komut sonucu belleğe gönderdi. Böylece bilgisayarın çalışması program düzeyinde gerçekleştirildi. Hesaplama süreçleri aşağıdaki gibi ilerlemiştir. Bilgisayarın çalışması, mantık devreleri adı verilen elektronik anahtarlar ve anahtarlar kullanılarak kontrol edildi ve her bir elektronik anahtar, bir kontrol voltajı darbe sinyali aldıktan sonra, istenen hat veya elektrik akımı devresini açtı. En basit elektronik anahtar, şebekesine büyük bir negatif voltaj uygulandığında kilitlenen ve şebekeye pozitif bir voltaj uygulandığında açılan üç elektrotlu bir elektron lambası olabilir. Bu durumda çalışması, ikinci girişine bir B kontrol darbesi uygulandığında A darbesini kendi içinden geçiren bir kontrol valfi olarak temsil edilebilir.Sadece bir akım darbesi A veya B olduğunda, valf kapanır ve darbe yapar. çıkışına geçmez. Böylece, yalnızca hem A hem de B darbeleri zaman içinde çakıştığında, çıkışta bir darbe görünecektir. Böyle bir devreye tesadüf devresi veya mantıksal "ve" devresi denir. Bununla birlikte, bilgisayarda bir dizi başka mantıksal devre kullanılır. Örneğin, A veya B satırında veya aynı anda her iki satırda göründüğünde bir çıkış darbesi veren "veya" devresi. Başka bir mantıksal şema "hayır" şemasıdır. Aksine, aynı anda başka bir engelleme darbesi uygulanırsa, lambayı bloke ederek darbenin valften geçişini engeller. Bu iki devreyi kullanarak tek bitlik bir toplayıcı oluşturabilirsiniz. A ve B darbelerinin aynı anda "hayır" ve "ve" devrelerine iletildiğini ve "toplam" veri yolunun (tel) "hayır" devresine ve "taşıma" veri yolunun "ve" devresine bağlı olduğunu varsayalım. . A girişinde bir darbe (yani bir) alındığını, ancak B girişinde herhangi bir giriş alınmadığını varsayalım. O zaman "hayır", "toplam" veriyoluna giden darbeyi kaçıracak ve "ve" devresi onu kaçırmayacak, yani bit, ikili toplama kuralına karşılık gelen "1" okuyacaktır. A ve B girişlerinin aynı anda darbe aldığını varsayın. Bu, A numarasının kodunun "1" ve B'nin kodunun da "1" olduğu anlamına gelir. "Hayır" devresi iki sinyali kaçırmaz ve "toplam" çıkışı "0" olur, ancak "ve" devresi onları atlar ve "aktarım" veriyolunda bir darbe olur, yani "1" " bitişik bitin toplayıcısına aktarılacaktır. İlk bilgisayarlarda tetikleyiciler, belleğin ana öğesi ve aritmetik toplayıcı olarak görev yaptı. Tetik devresi, hatırladığımız gibi, iki kararlı denge durumuna sahipti. Bir duruma "0" kod değeri ve diğerine "1" kod değeri atayarak, kodları geçici olarak depolamak için tetikleyici hücreleri kullanmak mümkün oldu. Toplama devrelerinde, tetikleyicinin sayma girişine bir darbe uygulandığında, bir ikili basamak için toplama kurallarına tam olarak uyan bir denge durumundan diğerine geçer (0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1 =0 ve birinin en anlamlı bite aktarılması). Bu durumda, tetiğin ilk konumu, ilk sayının kodu olarak kabul edildi ve uygulanan darbe, ikinci sayının kodu olarak kabul edildi. Sonuç tetik hücrede oluştu. Birkaç ikili basamak için bir toplama devresi uygulamak için, özel bir devre tarafından gerçekleştirilen bir birimin bir basamaktan diğerine aktarılmasını sağlamak gerekiyordu. Toplayıcı, makinenin aritmetik biriminin ana parçasıydı. Tüm basamaklar için aynı anda sayı kodlarının paralel eklenmesi için toplayıcı, sayı kodunun ikili basamakları içerdiği kadar tek basamaklı toplayıcılara sahipti. Eklenen A ve B sayıları, toplayıcıya bellek cihazlarından girdi ve orada parmak arası terliklerin yardımıyla saklandı. Kayıtlar ayrıca bir dizi birbirine bağlı parmak arası terlik T1, T2, T3, T'1, T'2, vb.'den oluşuyordu, bunların içine tüm rakamlar için kayıt cihazından paralel olarak numara kodu sağlandı. Her flip-flop bir basamaklı bir kod depoladı, bu nedenle n adet ikili basamaklı bir sayıyı saklamak için n elektronik röle gerekliydi. Kayıtlarda saklanan sayıların kodları, sayıları basamak sayısına eşit olan S1, S2, S3 vb. toplayıcılar kullanılarak her basamak için aynı anda eklendi. Her bir bitlik toplayıcının üç girişi vardı. Aynı rakamın A ve B sayılarının kodları birinci ve ikinci girişlere beslenmiştir. Üçüncü giriş, önceki basamaktan transfer kodunu iletmek için kullanılır.
Belirli bir bitin kodlarının eklenmesi sonucunda toplayıcının çıkış veriyolunda toplam kod elde edilirken, bir sonraki bite aktarım için “1” veya “0” kodu “transfer” veriyolunda elde edilmiştir. Örneğin, A=5 (ikili kod 0101'de) ve B=3 (ikili kod 0011'de) olmak üzere iki sayının eklenmesi istendi. Bu sayılar paralel olarak eklendiğinde A1, A2 girişlerine sırasıyla A3=1, A1=2, A0=3, A1=4 ve B0=1, B1=2, B1=3, B0=4 kodları uygulanmıştır. ve toplayıcının A0'ü. Toplayıcı S1'deki ilk hanenin kodlarının toplanması sonucunda 1+1=0 ve bir sonraki haneye transfer kodu "1" elde edilir. Toplayıcı S2 üç kod ekledi: A2, B2 kodları ve önceki toplayıcı S1'in taşıma kodu. Sonuç olarak 0+1+1=0 ve sonraki üçüncü haneye transfer kodu "1" elde edilir. Toplayıcı S3, A ve B sayılarının üçüncü basamağının kodlarını ve ikinci basamaktan "1" transfer kodunu ekler, yani 1+0+1=0 olur ve tekrar bir sonraki dördüncü basamağa aktarılır. "Toplam" lastiklere eklemenin bir sonucu olarak, 1000 sayısına karşılık gelen 8 kodunu alıyoruz. 1951'de Joy Forrester, bilgisayarın tasarımında önemli bir iyileştirme yaptı ve kendilerine uygulanan darbeleri keyfi olarak uzun bir süre boyunca ezberleyebilen ve depolayabilen manyetik çekirdekler üzerindeki belleği patentledi.
Çekirdekler, demir oksidin diğer safsızlıklarla karıştırılmasıyla elde edilen ferritten yapılmıştır. Çekirdekte üç sargı vardı. Sargılar 1 ve 2, onlara farklı polarite darbeleri uygulayarak çekirdeği bir yönde veya başka bir yönde manyetize etmeye hizmet etti. Sargı 3, çekirdek yeniden manyetize edildiğinde akımın indüklendiği hücrenin çıkış sargısıydı. Her bir çekirdekte, mıknatıslanma yoluyla, bir sayının bir basamağına karşılık gelen bir darbenin kaydı depolandı. Belli bir sıra ile bağlanan çekirdeklerden istenilen sayıyı büyük bir hızla seçmek her zaman mümkün olmuştur. Bu nedenle, çekirdek sargısından pozitif bir sinyal uygulandıysa, çekirdek pozitif olarak manyetize edilir, negatif bir sinyalle manyetizasyon negatifti. Böylece, çekirdeğin durumu, kaydedilen sinyal ile karakterize edildi. Sargıdan okurken, örneğin pozitif gibi belirli bir polarite sinyali uygulandı. Bundan önce çekirdek negatif olarak manyetize edildiyse, o zaman yeniden manyetize edildi - ve amplifikatör tarafından güçlendirilen çıkış sargısında (elektromanyetik indüksiyon yasasına göre) bir elektrik akımı ortaya çıktı. Çekirdek pozitif olarak manyetize edilmişse, durumunda bir değişiklik olmadı - ve çıkış sargısında hiçbir elektrik sinyali görünmedi. Kodu seçtikten sonra, özel bir devre tarafından gerçekleştirilen çekirdeğin orijinal durumunu geri yüklemek gerekiyordu. Bu tür depolama aygıtı, birkaç mikrosaniyede sayıların örneklenmesine izin verdi. Manyetik bant gibi harici ortamlarda büyük miktarda bilgi depolandı. Buradaki elektriksel darbelerin kaydı, bir teybe ses kaydetmeye benziyordu: akım darbeleri, geçen bandın karşılık gelen yerlerini manyetize eden manyetik kafalardan geçirildi. Okurken, kafaların altından geçen artık mıknatıslanma alanı, içlerinde güçlendirilen ve makineye beslenen elektrik sinyallerini indükler. Aynı şekilde, ferromanyetik bir malzeme ile kaplanmış manyetik bir tambur üzerine bilgi kaydedilmiştir. Bu durumda, bilgi daha hızlı bulunabilir. Yazar: Ryzhov K.V.
▪ Нейлон
Dokunma emülasyonu için suni deri
15.04.2024 Petgugu Global kedi kumu
15.04.2024 Bakımlı erkeklerin çekiciliği
14.04.2024
▪ Panasonic fotoğraf makinelerinde sonradan odaklama ▪ DEll Wasabi PZ310 Mobil Yazıcı ▪ Sega, blockchain oyunlarını klasikler lehine terk ediyor
▪ sitenin bölümü Elektrikli ekipmanların korunması. Makale seçimi ▪ makale Radyoaktif kirlenme. Güvenli yaşamın temelleri ▪ makale Plazma Nedir? ayrıntılı cevap ▪ yağ ağacı makalesi. Efsaneler, yetiştirme, uygulama yöntemleri ▪ makale Billboard karartıcı. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi ▪ makale Çeyrek dalga elektrik kaynağı. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
İlginç makaleler öneriyoruz bölüm 
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri