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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
계산기. 발명과 생산의 역사
컴퓨팅 작업의 기계화 및 기계화는 XNUMX세기 XNUMX/XNUMX의 근본적인 기술적 성과 중 하나입니다. 최초의 방적기의 등장이 XNUMX~XNUMX세기 산업혁명의 시작이었던 것처럼, 전자 컴퓨터의 탄생은 XNUMX세기 후반의 거대한 과학, 기술, 정보 혁명의 전조가 되었습니다. . 이 중요한 사건은 오랜 선사 시대가 선행되었습니다. 계산기를 조립하려는 첫 번째 시도는 XNUMX세기 초에 이루어졌으며 주판과 계정과 같은 가장 단순한 컴퓨팅 장치는 고대와 중세 시대에 훨씬 더 일찍 나타났습니다.
자동 연산 장치는 기계류에 속하지만, 선반이나 직조기와 같은 산업용 기계와 대등할 수는 없지만 물리적인 물질(실이나 목제 블랭크)로 작동하지 않기 때문에, 그러나 숫자로 자연에 존재하지 않는 이상적인 것들과 함께. 따라서 모든 컴퓨팅 머신의 제작자(가장 단순한 추가 머신이든 최신 슈퍼컴퓨터이든)는 다른 기술 영역의 발명가에게는 발생하지 않는 특정 문제에 직면합니다. 그것들은 다음과 같이 공식화될 수 있습니다: 1. 기계에서 물리적으로(객관적으로) 숫자를 표현하는 방법은 무엇입니까? 2. 초기 수치 데이터는 어떻게 입력하나요? 3. 산술 연산의 성능을 시뮬레이션하는 방법은 무엇입니까? 4. 입력 데이터와 계산 결과를 계산기에 어떻게 표시합니까? 이러한 문제를 최초로 극복한 사람 중 한 사람은 유명한 프랑스 과학자이자 사상가인 Blaise Pascal이었습니다. 산수 규칙에 익숙하지 않은 사람도 네 가지 기본 동작을 수행할 수 있는 특수 기계를 만드는 작업을 시작했을 때 그는 18세였습니다. 그의 작업을 목격한 파스칼의 누이는 나중에 이렇게 썼습니다. 그를 이해하기 어렵다." 그리고 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 정확한 역학이 막 탄생하고 있었고 Pascal이 요구한 품질은 그의 마스터의 능력을 초과했습니다. 따라서 발명가 자신은 종종 주인의 자격에 따라 흥미롭지만 복잡한 디자인을 변경하는 방법에 대해 파일과 망치 또는 퍼즐을 들고 가야했습니다.
기계의 첫 번째 작업 모델은 1642년에 완성되었습니다. 그녀는 Pascal을 만족시키지 않았고 그는 즉시 새로운 것을 디자인하기 시작했습니다. 그는 나중에 자신의 차에 대해 이렇게 썼습니다. "나는 저축하지 않았습니다. 시간도, 노동력도, 돈도 돈을 아끼지 않았습니다. 50가지 다른 모델을 만들 수 있는 인내심이 있었습니다. " 마침내 1645년, 노력 끝에 그는 완전한 성공을 거두었습니다. 파스칼은 모든 면에서 그를 만족시키는 자동차를 조립했습니다. 역사상 최초의 컴퓨터는 무엇이었으며 위에 나열된 작업은 어떻게 해결되었습니까? 기계의 메커니즘은 가벼운 황동 상자에 담겨 있었습니다. 상단 덮개에는 8개의 둥근 구멍이 있었고 각 구멍 주위에는 원형 눈금이 적용되었습니다. 맨 오른쪽 구멍의 눈금은 12등분하고 옆 구멍의 눈금은 20분할, 나머지 1개 구멍은 십진수로 나누었습니다. 이러한 눈금은 당시 프랑스의 주요 화폐 단위인 리브르의 분할에 해당했습니다. 1 수스 = 20/1 리브르 및 1 데니어 = 12/XNUMX 수스입니다. 구멍에서 기어 설정 휠이 상단 덮개 평면 아래에 표시되었습니다. 각 바퀴의 톱니 수는 해당 구멍의 눈금 분할 수와 동일했습니다.
숫자는 다음과 같은 방법으로 입력했습니다. 각 바퀴는 자체 축에서 서로 독립적으로 회전했습니다. 회전은 두 개의 인접한 치아 사이에 삽입된 구동 핀의 도움으로 수행되었습니다. 핀은 덮개 바닥에 고정된 고정 멈춤 장치에 맞고 다이얼의 숫자 "1" 왼쪽에 있는 구멍으로 돌출될 때까지 바퀴를 돌렸습니다. 예를 들어 톱니 3과 4 사이에 핀을 놓고 바퀴를 완전히 회전시키면 전체 원의 3/10이 회전합니다. 각 바퀴의 회전은 내부 메커니즘을 통해 축이 수평으로 위치한 원통형 드럼으로 전달되었습니다. 드럼의 측면에는 숫자의 행이 적용되었습니다. 합이 9를 초과하지 않는 경우 숫자의 추가는 매우 간단하고 그에 비례하는 각도의 추가에 해당합니다. 큰 수를 더할 때 XNUMX을 가장 높은 자리로 옮기는 작업을 수행해야 했습니다. 기둥이나 주판에서 계산하는 사람은 마음속으로 계산해야 합니다. Pascal의 기계는 자동으로 전송을 수행했으며 이것이 가장 중요한 구별 기능이었습니다. 같은 범주에 속하는 기계의 요소는 조정 휠 N, 디지털 드럼 I 및 카운터로 XNUMX개의 크라운 휠 B, XNUMX개의 기어 휠 K 및 XNUMX개를 전달하는 메커니즘으로 구성됩니다.
바퀴 B1, B2 및 K는 기계 작동에 근본적으로 중요하지 않으며 설정 휠 N의 움직임을 디지털 드럼 I로 전달하는 데만 사용되었습니다. 그러나 바퀴 B3 및 B4는 기계 작동의 필수 요소였습니다. 카운터 및 따라서 "카운팅 휠"이라고 불렸습니다. 두 개의 인접한 범주 A1 및 A2의 계수 바퀴가 차축에 단단히 장착되었습니다. Pascal이 "sling"이라고 불렀던 십을 전달하는 메커니즘에는 다음과 같은 장치가 있었습니다. Pascal 기계의 주니어 카테고리의 카운팅 휠 B1에는 축 A1이 회전 할 때 두 개의 무릎 레버 D1 끝에 위치한 포크 M의 톱니와 맞물리는 막대 C1이 있습니다. 이 레버는 시니어 카테고리의 A2 축에서 자유롭게 회전하는 반면 포크에는 스프링이 장착된 폴이 있습니다. 축 A1이 회전하는 동안 휠 B1이 숫자 6에 해당하는 위치에 도달하면 막대 C1이 포크의 톱니와 맞물리고 9에서 0으로 통과하는 순간 포크가 밖으로 미끄러졌습니다. 약혼하고 자체 무게의 영향으로 넘어져 개를 끌었습니다. 후자는 동시에 가장 높은 차수의 계수 바퀴 B2를 한 단계 앞으로 밀었습니다 (즉, 축 A2를 따라 36도 회전). 도끼 모양의 톱니로 끝나는 레버 H는 포크를 올렸을 때 휠(B1)이 반대 방향으로 회전하지 않도록 하는 고리 역할을 했다. 이송 기구는 계수 바퀴의 한 방향 회전으로만 작동하고 바퀴를 반대 방향으로 회전시켜 뺄셈 연산을 수행할 수 없었습니다. 따라서 파스칼은 뺄셈을 532진 보수로 덧셈으로 대체했습니다. 예를 들어 87에서 532을 빼야 합니다. 더하기 방법은 87-532=100-(13-532)=(13+100)-445=100와 같은 작업으로 이어집니다. 532을 빼는 것만 기억하면 됩니다. 하지만 특정 자릿수를 가진 기계에서는 이에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 실제로 87비트 시스템에서 000532-999913을 빼보겠습니다. 그런 다음 1000445+XNUMX=XNUMX입니다. 그러나 여섯 번째 범주에서 이동할 곳이 없기 때문에 첫 번째 단위 자체가 손실됩니다. 곱셈도 덧셈으로 축소되었습니다. 예를 들어 365에 132를 곱하려면 덧셈 연산을 XNUMX번 수행해야 합니다. 365 그러나 Pascal의 기계는 매번 새로운 용어를 도입했기 때문에 이 산술 연산을 수행하는 데 이 용어를 사용하는 것이 극히 어려웠습니다. 컴퓨터 기술 개발의 다음 단계는 유명한 독일 수학자 라이프니츠의 이름과 관련이 있습니다. 1672년 라이프니츠는 네덜란드의 물리학자이자 발명가인 호이겐스를 방문하여 다양한 수학적 계산을 통해 그가 얼마나 많은 시간과 노력을 들이는지 목격했습니다. 그런 다음 Leibniz는 추가 기계를 만드는 아이디어를 생각해 냈습니다. 그는 “이렇게 훌륭한 사람들이 기계를 사용하는 누구에게나 맡길 수 있는 계산 작업에 시간을 낭비하는 것은 노예처럼 가치가 없다”고 적었다. 그러나 그러한 기계를 만들려면 라이프니츠의 모든 독창성이 필요했습니다. 그의 유명한 12자리 덧셈 기계는 1694년에만 등장했으며 비용은 24000탈러였습니다. 기계의 메커니즘은 다양한 길이의 톱니가 적용된 실린더인 라이프니츠가 발명한 계단식 롤러를 기반으로 했습니다. 12비트 덧셈 기계에는 12개의 롤러가 있었습니다. 숫자의 각 자리마다 하나씩입니다.
산술계는 고정 및 이동의 두 부분으로 구성됩니다. 메인 12비트 카운터와 입력장치의 계단식 롤러를 고정식으로 배치하였다. XNUMX개의 작은 디지털 원으로 구성된 이 장치의 설치 부분은 기계의 움직이는 부분에 위치했습니다. 각 원의 중앙에는 기계 덮개 아래에 기어 휠 E가 장착 된 차축이 있고 덮개 위에 화살표가 설치되어 차축과 함께 회전합니다. 화살표의 끝은 원의 수에 대해 설정할 수 있습니다.
기계에 대한 데이터 입력은 특수 메커니즘을 사용하여 수행되었습니다. 계단형 롤러 S는 톱니 랙 유형 나사로 0면 축에 장착되었습니다. 이 레일은 원주에 1, 9 ... 360라는 숫자가 적용된 0개의 톱니 바퀴 E와 맞물렸습니다. 덮개의 슬롯에 하나 또는 다른 그림이 나타나도록이 휠을 돌리면 단차 롤러가 메인 카운터의 기어 휠 F 축과 평행하게 이동합니다. 그 후 롤러가 1도 회전하면 하나, 둘 등이 휠 F와 맞물립니다. 이동의 크기에 따라 가장 긴 단계. 따라서 휠 F는 전체 회전의 9, XNUMX...XNUMX 부분을 돌았습니다. 디스크나 롤러 R도 회전시켰고, 다음 롤러 회전과 함께 같은 번호가 다시 카운터로 옮겨졌다. Pascal과 Leibniz의 컴퓨팅 기계와 XNUMX세기에 등장한 일부 컴퓨터는 널리 사용되지 않았습니다. 그것들은 복잡하고 비싸며 그러한 기계에 대한 대중의 요구는 여전히 심각하지 않았습니다. 그러나 생산과 사회가 발전함에 따라 특히 다양한 수학 표를 작성할 때 그러한 필요성이 점점 더 느껴지기 시작했습니다. 산술, 삼각 및 로그 테이블은 XNUMX세기 말 - XNUMX세기 초에 유럽에서 널리 보급되었습니다. 은행과 대출 사무소는 이자표를 사용했고 보험 회사는 사망률 표를 사용했습니다. 그러나 천문 및 항법 표는 절대적으로 매우 중요했습니다(특히 영국의 경우 - "위대한 해양 강국"). 천체의 위치에 관한 천문학자의 예측은 그 당시 선원들이 공해에서 배를 찾을 수 있는 유일한 수단이었습니다. 이 표는 매년 발행되는 "해양 달력"에 포함되었습니다. 각 판에는 수십 수백 카운터의 엄청난 노동이 필요했습니다. 말할 필요도 없이 이 테이블을 컴파일할 때 실수를 피하는 것이 얼마나 중요한지 알 수 있습니다. 하지만 여전히 실수가 있었다. 수백, 수천 개의 잘못된 데이터에도 가장 일반적인 테이블인 로그 테이블이 포함되어 있습니다. 이 표의 발행인은 받은 계산을 확인하는 특별 교정 직원을 유지해야 했습니다. 그러나 이것은 실수로부터 구원받지 못했습니다. 상황이 너무 심각하여 세계 최초의 영국 정부가 그러한 테이블을 컴파일하기 위한 특수 컴퓨터를 만드는 일을 맡았습니다. 기계(차이 기계라고 함)의 개발은 영국의 유명한 수학자이자 발명가인 Charles Babbage에게 맡겨졌습니다. 1822년에 작업 모델이 만들어졌습니다. 배비지의 발명의 의의와 그가 개발한 기계계산법의 의의가 매우 크므로 차동기관의 구조에 대해 좀 더 자세히 살펴보기로 한다. 먼저 Babbage가 테이블을 컴파일하기 위해 제안한 방법을 간단한 예를 들어 살펴보겠습니다. 자연 급수 1, 2, 3의 구성원의 XNUMX제곱 테이블을 계산하려고 한다고 가정해 보겠습니다.
이러한 테이블이 열 1의 일부 시리즈 구성원에 대해 이미 계산되었고 결과 값이 열 2에 입력되었다고 가정합니다. 각 후속 값에서 이전 값을 뺍니다. 첫 번째 차이(3열)의 순차적 값을 얻게 됩니다. 첫 번째 차이로 동일한 작업을 수행한 후 두 번째 차이(4열), 세 번째 차이(5열), 마지막으로 네 번째 차이(6열)를 얻습니다. 이 경우 네 번째 차이점은 일정하게 나타납니다. 6열은 동일한 숫자 24로 구성됩니다. 그리고 이것은 우연이 아니라 중요한 정리의 결과입니다. 함수(이 경우 함수 y (x)=x4, 여기서 x는 자연수 집합에 속함)은 n차 다항식이므로 일정한 단계가 있는 테이블에서 n차 차이는 일정합니다. 이제 덧셈을 사용하여 첫 번째 행을 기반으로 필요한 테이블을 얻을 수 있다고 쉽게 추측할 수 있습니다. 예를 들어 시작된 테이블을 한 줄 더 계속하려면 추가를 수행해야 합니다. 156 + = 24 180 590 + = 180 770 1695 + = 770 2465 4096 + = 2465 6561 Babbage의 차분 엔진은 Pascal의 것과 동일한 소수 계산 휠을 사용했습니다. 이러한 바퀴 세트로 구성된 레지스터는 숫자를 나타내는 데 사용되었습니다. 많은 자연수를 포함하는 1을 제외한 테이블의 각 열에는 고유한 대소문자가 있습니다. 일정한 18차 차이로 함수를 계산해야 했기 때문에 기계에는 총 XNUMX개가 있었습니다. 각 레지스터는 표시된 숫자의 자릿수에 따라 XNUMX개의 디지털 휠과 다른 보조 목적을 위한 회전 카운터로 사용되는 몇 개의 추가 휠로 구성됩니다. 기계의 모든 레지스터가 테이블의 마지막 행에 해당하는 값을 저장한 경우 2열에서 함수의 다음 값을 얻으려면 덧셈의 수와 동일한 수의 덧셈을 순차적으로 수행해야 했습니다. 사용 가능한 차이점. 차동 엔진의 추가는 두 단계로 이루어졌습니다. 항을 포함하는 레지스터는 계수 바퀴의 톱니가 맞물리도록 이동되었습니다. 그 후 레지스터 중 하나의 바퀴가 각각이 XNUMX에 도달할 때까지 반대 방향으로 회전했습니다. 이 단계를 추가 단계라고 합니다. 이 단계가 끝나면 두 번째 레지스터의 각 자릿수에서 이 자릿수의 합을 얻었지만 지금까지는 한 자릿수에서 자릿수로 가능한 전송을 고려하지 않았습니다. 이적은 이적단계라고 하는 다음 단계에서 이루어지며, 이와 같이 이루어졌다. 추가 단계에서 각 휠이 9에서 0으로 전환되는 동안 이 배출에서 특수 래치가 해제되었습니다. 전송 단계에서 모든 래치는 특수 레버에 의해 제자리로 되돌려졌으며 동시에 다음으로 높은 순위의 바퀴를 한 단계 돌렸습니다. 이러한 각 회전은 차례로 숫자 중 하나에서 9에서 0으로 전환될 수 있으므로 래치가 해제되어 다시 제자리로 돌아와 다음 숫자로 전송됩니다. 따라서 래치의 제자리로의 복귀는 레지스터의 최하위 숫자부터 시작하여 순차적으로 발생했습니다. 이러한 시스템을 연속 전송이 있는 추가라고 합니다. 다른 모든 산술 연산은 덧셈으로 수행되었습니다. 뺄 때 세는 바퀴가 반대 방향으로 회전했습니다(Pascal의 기계와 달리 Babbage의 차동 기계는 이것을 가능하게 했습니다). 곱셈은 순차 덧셈으로, 나눗셈은 순차 뺄셈으로 줄였습니다. 설명된 방법은 다항식을 계산하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 대수 또는 삼각과 같은 다른 함수에도 사용할 수 있지만 다항식과 달리 선행 차이가 엄격하게 일정하지는 않습니다. 그러나 이러한 모든 함수는 무한 급수, 즉 단순 다항식으로 표현(확장)될 수 있으며 어느 시점에서든 값의 계산은 우리가 이미 고려한 문제로 축소될 수 있습니다. 예를 들어, sin x 및 cos x는 무한 다항식으로 나타낼 수 있습니다.
이러한 확장은 매우 높은 정확도로 0에서 p/4(p/4=3, 14/4=0)까지의 모든 함수 값에 적용됩니다. p/785보다 큰 x 값의 경우 확장은 다른 형식을 갖지만 이러한 각 섹션에서 삼각 함수는 일종의 다항식으로 표시될 수 있습니다. 계산에서 고려되는 계열의 항 쌍 수는 얻고자 하는 정확도에 따라 다릅니다. 예를 들어 정확도에 대한 요구 사항이 작은 경우 시리즈의 처음 두 개 또는 네 개의 항으로 제한하고 나머지는 버릴 수 있습니다. 그러나 더 많은 항을 사용하고 어느 시점에서든 정확하게 함수의 값을 계산할 수 있습니다. (참고 4!=2•1=2; 2!=3•1•2=3; 6!=4•1•2•3=4 등) 따라서 모든 함수의 값 계산 배비지에 의해 하나의 간단한 산술 연산 - 덧셈으로 축소되었습니다. 또한 함수의 한 섹션에서 다른 섹션으로 이동할 때 차이 값을 변경해야 할 때 차이 엔진 자체가 호출을 제공했습니다(특정 수의 계산 단계가 완료된 후 호출됨). 차이 엔진을 만드는 것만으로도 Babbage는 컴퓨팅 역사에서 명예로운 자리를 차지할 수 있었습니다. 그러나 그는 거기에서 멈추지 않고 모든 현대 컴퓨터의 직접적인 전신이 된 분석 엔진인 훨씬 더 복잡한 디자인을 개발하기 시작했습니다. 그녀의 특기는 무엇이었습니까? 사실 차등 기계는 본질적으로 여전히 복잡한 덧셈 기계로 남아 있었고 그 작업을 위해 머리에 계산의 전체 계획 (프로그램)을 유지하고 기계의 동작을 지시하는 사람의 지속적인 존재가 필요했습니다. 한 경로 또는 다른 경로. 이 상황이 계산 수행에 일정한 제동을 걸었음이 분명합니다. 1834년경 배비지는 "인간의 개입 없이 모든 작업을 수행하고 특정 단계에서 얻은 결정에 따라 만능 계산기가 되는 기계를 만드는 것이 불가능합니까? 추가 계산 경로를 선택하시겠습니까?" 본질적으로 이것은 프로그램 제어 기계의 생성을 의미했습니다. 이전에 작업자의 머리 속에 있던 그 프로그램은 이제 기계에 미리 입력되어 작동을 제어할 수 있는 간단하고 명확한 명령 세트로 분해되어야 했습니다. 소프트웨어 제어 장치에 대한 아이디어가 그 당시 이미 실현되었지만 아무도 그러한 컴퓨터를 만들려고 시도한 적이 없습니다. 1804년 프랑스 발명가 Joseph Jacquard는 컴퓨터로 제어되는 베틀을 발명했습니다. 그 작업의 원리는 다음과 같았다. 아시다시피 직물은 서로 수직인 실을 엮은 것입니다. 이 직조는 날실 (세로)이 와이어 루프의 구멍을 통해 실을 통과하고 가로 실이 셔틀을 사용하여 특정 순서로이 날실을 통해 당겨지는 직기에서 수행됩니다. 가장 단순한 직조로 루프가 하나를 통해 올라가고 루프를 통과하는 날실이 그에 따라 올라갑니다. 올려져 제자리에 남아있는 실 사이에 셔틀이 그 뒤의 씨실 (가로)을 당기는 간격이 형성됩니다. 그 후, 제기 루프가 낮아지고 나머지 루프가 올라갑니다. 더 복잡한 직조 패턴을 사용하면 실을 다양한 다른 조합으로 들어 올려야 했습니다. 직공은 보통 시간이 많이 걸리는 날실을 수동으로 낮추고 올렸습니다. 30년 간의 끈질긴 노력 끝에 Jacquard는 구멍이 뚫린 판지 카드 세트(펀칭 카드)를 사용하여 주어진 법칙에 따라 루프의 움직임을 자동화할 수 있는 메커니즘을 발명했습니다. Jacquard의 기계에서 눈은 천공된 카드에 놓인 긴 바늘로 연결되었습니다. 구멍을 만나면 바늘이 위쪽으로 이동하여 그와 관련된 눈이 올라갔습니다. 바늘이 구멍이없는 곳에서 카드에 놓이면 같은 방식으로 연결된 눈을 잡고 제자리에 남아 있습니다. 따라서 셔틀의 간격과 스레드의 직조 패턴은 해당 제어 카드의 구멍 세트에 의해 결정되었습니다. Babbage는 분석 엔진에서 펀치 카드를 제어하는 동일한 원리를 사용하려고 했습니다. 그는 1834년부터 1871년 생이 끝날 때까지 거의 200년 동안 그 장치를 연구했지만 완성할 수 없었습니다. 그러나 그의 뒤에는 기계와 그 개별 구성 요소에 대한 XNUMX개 이상의 도면이 있었고 작업을 설명하는 많은 세부 정보가 제공되었습니다. 이 모든 자료는 매우 흥미롭고 기술 역사상 가장 놀라운 과학적 선견지명 중 하나입니다. Babbage에 따르면 분석 엔진에는 XNUMX개의 주요 블록이 포함되어야 합니다.
배비지가 "밀"이라고 불렀던 첫 번째 장치는 네 가지 기본 산술 연산을 수행하도록 설계되었습니다. 두 번째 장치인 "창고"는 숫자(초기, 중간 및 최종 결과)를 저장하기 위한 것입니다. 초기 숫자는 산술 단위로 전송되었고 중간 및 최종 결과가 산술 장치에서 얻어졌습니다. 이 두 블록의 주요 요소는 XNUMX진 계산 휠의 레지스터였습니다. 각각은 XNUMX개 위치 중 하나로 설정될 수 있으므로 소수점 이하 한 자리를 "기억"할 수 있습니다. 기계의 메모리는 각각 1000개의 숫자 휠이 있는 50개의 레지스터를 포함해야 했습니다. 즉, 1000개의 50자리 숫자를 저장할 수 있었습니다. 수행되는 계산 속도는 디지털 휠의 회전 속도에 직접적으로 의존합니다. 배비지는 1개의 XNUMX비트 숫자를 더하는 데 XNUMX초가 걸린다고 가정했습니다. 메모리에서 산술 장치로 또는 그 반대로 숫자를 전송하려면 바퀴의 톱니와 맞물리는 기어 랙을 사용해야 했습니다. 각 레일은 바퀴가 XNUMX 위치에 있을 때까지 움직였습니다. 움직임은 로드와 산술 장치에 대한 연결로 전달되었으며, 다른 레일을 사용하여 레지스터 휠 중 하나를 원하는 위치로 이동하는 데 사용되었습니다. 분석 엔진의 기본 작동은 차이점과 마찬가지로 덧셈이고 나머지는 덧셈으로 축소되었습니다. 많은 기어를 돌리기 위해서는 상당한 외력이 필요했으며 배비지는 증기 기관을 사용하여 이를 얻고자 했습니다. 작업의 순서, 작업이 수행된 번호의 전송 및 결과의 출력을 제어하는 세 번째 장치는 구조적으로 두 개의 자카드 천공 카드 메커니즘이었습니다. Babbage의 천공 카드는 직물 제조 공정에서 원하는 패턴을 얻기 위해 실을 들어올리는 단 하나의 작업만 제어하는 Jacquard의 천공 카드와 다릅니다. 분석 엔진의 관리에는 다양한 유형의 작업이 포함되었으며 각 작업에는 특수한 유형의 천공된 카드가 필요했습니다. Babbage는 천공 카드의 세 가지 주요 유형을 식별했습니다: 작동(또는 작동 카드), 변수(또는 가변 카드) 및 숫자. 작동 천공 카드가 기계를 제어했습니다. 그들에게 녹아웃 된 명령에 따라 산술 장치에 있던 숫자의 더하기, 빼기, 곱하기 및 나누기가 발생했습니다. Babbage의 가장 선견지명이 있는 아이디어 중 하나는 일련의 작업 천공 카드에 의해 주어진 명령 집합에 조건 분기 명령을 도입한 것입니다. 조건부 점프를 사용하지 않는 프로그램 제어만으로는 복잡한 계산 작업을 효율적으로 구현하기에 충분하지 않습니다. 선형 연산 시퀀스는 모든 지점에서 엄격하게 정의됩니다. 이 길은 끝까지 세세하게 알려져 있습니다. "조건부 점프"의 개념은 특정 조건이 이전에 충족되는 경우 컴퓨터를 프로그램의 다른 섹션으로 전환하는 것을 의미합니다. 조건부 분기 명령을 사용할 수 있는 기회가 있기 때문에 컴퓨터 프로그램의 컴파일러는 계산 과정의 선택에 영향을 미치는 속성이 계산의 어느 단계에서 변경되는지 알 필요가 없습니다. 조건부 전환을 사용하면 도로의 각 분기점에서 현재 상황을 분석하고 이를 기반으로 하나 또는 다른 경로를 선택할 수 있습니다. 조건부 명령은 숫자 비교, 필요한 숫자 값 선택, 숫자 부호 결정 등과 같이 매우 다른 형식을 가질 수 있습니다. 기계는 산술 연산을 수행하고 수신 된 숫자를 서로 비교하고 이에 따라 추가 작업을 수행했습니다. 따라서 기계는 프로그램의 다른 부분으로 이동하거나 일부 명령을 건너뛰거나 프로그램의 일부 실행으로 다시 돌아갈 수 있습니다. 즉, 주기를 구성할 수 있습니다. 조건 분기 명령의 도입은 기계에서 단순한 계산이 아닌 논리 연산 사용의 시작을 표시했습니다.
두 번째 유형의 펀치 카드인 변수(또는 Babbage의 용어로 "변수 카드")의 도움으로 숫자가 메모리와 산술 장치 간에 전송되었습니다. 이 카드는 숫자 자체를 나타내는 것이 아니라 메모리 레지스터의 숫자, 즉 하나의 숫자를 저장하는 셀만을 나타냅니다. Babbage는 메모리 레지스터 "변수"라고 하며 레지스터에 저장된 숫자에 따라 레지스터의 내용이 변경됨을 나타냅니다. Babbage의 분석 엔진은 세 가지 유형의 변수 맵을 사용했습니다. 숫자를 산술 단위로 전송하고 메모리에 추가로 저장하기 위한 것, 유사한 작업을 위해 메모리에 저장하지 않고 숫자를 입력하기 위한 것입니다. 1) "제로 맵"(메모리 레지스터에서 숫자가 호출된 후 레지스터에 2 값이 설정됨); 3) "카드 저장"(레지스터의 내용을 변경하지 않고 메모리에서 번호를 호출함) XNUMX) "수신 카드"(숫자가 산술 장치에서 메모리로 전송되고 레지스터 중 하나에 기록됨). 기계가 작동 중일 때 작동 가능한 천공 카드당 평균 XNUMX개의 가변 카드가 있었습니다. 그들은 두 개의 원래 숫자가 저장된 메모리 셀(현대 용어로 주소)의 수와 결과가 기록된 셀의 수를 표시했습니다.
숫자 천공 카드는 분석 기계의 주요 천공 카드 유형을 나타냅니다. 그들의 도움으로 특정 문제를 해결하기 위한 초기 숫자와 계산 과정에서 필요할 수 있는 새로운 데이터가 입력되었습니다. 제안 된 계산을 수행 한 후 기계는 별도의 펀치 카드에 답을 녹아웃했습니다. 교환원은 이 천공 카드를 번호 순서대로 추가하고 나중에 작업에 사용했습니다(말하자면 외부 메모리였습니다). 예를 들어, 계산 과정에서 기계가 로그 2303 값을 필요로 할 때 특수 창에 표시하고 호출했습니다. 작업자는 이 로그 값으로 필요한 펀치 카드를 찾아 기계에 입력했습니다. Babbage는 다음과 같이 말했습니다. 시간이 지남에 따라 컴퓨터에 자체 라이브러리가 생깁니다. 네 번째 블록은 초기 번호를 수신하고 최종 결과를 발행하기 위한 것으로 I/O 작업을 제공하는 여러 장치로 구성되었습니다. 작업자가 초기 숫자를 기계에 입력하고 저장 장치에 입력하면 최종 결과가 추출되어 출력됩니다. 기계는 펀치 카드에 답을 출력하거나 종이에 인쇄할 수 있습니다. 결론적으로 분석 엔진의 하드웨어 부분의 개발이 Babbage의 이름과 독점적으로 관련된 경우 이 기계의 문제 해결 프로그래밍은 그의 좋은 친구인 Lady Ada Lovelace의 이름으로 이루어집니다. 수학을 열렬히 좋아하고 복잡한 과학 및 기술 문제를 완벽하게 이해한 위대한 영국 시인 바이런의 딸. 1842년 젊은 수학자 메나브레아가 이탈리아에서 배비지의 분석 엔진을 설명하는 기사를 발표했습니다. 1843년 Lady Lovelace는 이 기사를 광범위하고 심오한 논평으로 영어로 번역했습니다. 기계 작동을 설명하기 위해 Lady Lovelace는 베르누이 수를 계산하기 위해 컴파일한 프로그램을 기사에 첨부했습니다. 그녀의 논평은 본질적으로 프로그래밍에 관한 최초의 작업입니다. 분석 엔진은 매우 비싸고 복잡한 장치로 판명되었습니다. 초기에 Babbage의 작업에 자금을 지원했던 영국 정부는 곧 그를 돕기를 거부하여 그는 그의 작업을 완료할 수 없었습니다. 이 기계의 복잡성이 정당화되었습니까? 모든 것이 아닙니다. Babbage가 전기 신호를 사용했다면 많은 연산(특히 숫자의 입출력과 한 장치에서 다른 장치로의 전송)이 크게 단순화될 것입니다. 그러나 그의 기계는 전기 요소가 없는 순수한 기계 장치로 생각되어 발명가를 매우 어려운 위치에 놓았습니다. 한편, 나중에 컴퓨터의 주요 요소가 된 전자 기계 계전기는 이미 그 당시에 발명되었습니다. 1831년 Henry와 Salvatore dal Negro가 동시에 발명했습니다. 컴퓨터 기술에서 전기 기계 릴레이의 사용은 많은 양의 데이터(예: 인구 조사 결과)를 처리하도록 설계된 일련의 장치를 만든 미국 Herman Gollerith의 발명으로 거슬러 올라갑니다. 그러한 기계의 필요성은 매우 컸다. 예를 들어, 1880년 인구 조사 결과는 미국에서 7년 동안 처리되었습니다. 이러한 중요한 기간은 카드에 묻는 질문에 대한 답변 세트가 매우 큰 5개의 표제와 함께 엄청난 수의 카드(50천만 명의 주민 각각에 대해 하나씩)를 분류해야 한다는 사실로 설명되었습니다. Gollerith는 이러한 문제에 대해 직접 알고 있었습니다. 그 자신은 인구 조사를 수행하고 결과를 처리하는 일을 담당하는 통계 기관인 미국 인구 조사국의 직원이었습니다. Gollerith는 카드 분류 작업을 많이 하면서 이 프로세스를 기계화하는 아이디어를 생각해 냈습니다. 첫째, 그는 카드를 펀치 카드로 교체했습니다. 즉, 답 옵션을 표시하는 연필 대신 구멍을 뚫는 방법을 생각해 냈습니다. 이를 위해 그는 인구 조사 중에 기록 된 한 사람에 대한 모든 정보가 펀치 형태로 적용된 80 열 특수 천공 카드를 개발했습니다. (이 천공 카드의 모양은 그 이후로 크게 변하지 않았습니다.) 일반적으로 천공 카드의 한 스트립은 하나의 질문에 답하는 데 사용되어 XNUMX개의 답을 고칠 수 있었습니다(예: 종교에 대한 질문). 경우에 따라(예: 나이에 대한 질문) XNUMX개의 답변을 제공하는 두 개의 열을 사용할 수 있습니다. Gollerith의 두 번째 아이디어는 첫 번째 아이디어의 결과였습니다. 그는 입력 펀처(펀칭 구멍용)와 펀칭된 카드 분류 장치가 있는 표를 포함하는 세계 최초의 카운팅 및 펀칭 컴플렉스를 만들었습니다. 천공은 카드 리시버와 펀치 자체가있는 주철 몸체로 구성된 펀치에서 수동으로 수행되었습니다. 여러 줄의 구멍이 있는 판이 수신기 위에 놓였습니다. 펀치 핸들이 그 중 하나 위에 눌렸을 때 판 아래의 카드가 필요한 방식으로 펀치되었습니다. 한 번의 손 터치로 공통 데이터가 있는 카드 그룹에 복잡한 펀치를 날립니다. 분류 기계는 뚜껑이 있는 여러 상자로 구성되어 있습니다. 카드는 스프링 핀 세트와 수은으로 채워진 탱크 사이에 손으로 밀어 넣었습니다. 핀이 구멍에 떨어지면 수은에 닿아 전기회로가 완성됐다. 그와 동시에 어떤 상자의 뚜껑이 열리고 오퍼레이터가 거기에 카드를 넣었다. 도표 작성기(또는 추가 기계)는 천공된 카드에 구멍을 뚫어 해당 번호로 간주하여 세었습니다. 작동 원리는 분류 기계와 유사하며 전기 기계 릴레이의 사용을 기반으로 했습니다(수은이 든 스프링 핀과 컵도 사용됨). 펀치 카드가 움직이는 동안 막대가 구멍을 통해 수은이 든 컵으로 떨어지면 전기 회로가 닫히고 전기 신호가 카운터로 전송되어 숫자에 새 단위가 추가되었습니다. 각 카운터에는 구멍이 감지되면 한 눈금 단위를 이동하는 화살표가 있는 다이얼이 있습니다. 도표 작성기에 80개의 카운터가 있는 경우 8개의 질문에 대한 결과를 동시에 계산할 수 있습니다(각 질문에 대해 8개의 가능한 답변 포함). 다음 1000개 질문에 대한 결과를 계산하기 위해 동일한 펀치 카드가 다른 섹션에 의해 표를 다시 통과했습니다. 시간당 최대 XNUMX개의 카드가 한 번에 분류되었습니다. 1884년 Gollerith가 받은 최초의 특허(아이디어에 대한)입니다. 1887년 그의 기계는 볼티모어에서 인구 사망 테이블을 컴파일할 때 테스트되었습니다. 1889년에 시스템에 대한 결정적인 테스트가 이루어졌습니다. San Louis 시의 10개 지역에서 시범 인구 조사가 실시되었습니다. Gollerith의 기계는 두 경쟁 수동 시스템보다 훨씬 앞서 있었습니다(1890배 더 빠르게 작동함). 그 후, 미국 정부는 XNUMX년 인구 조사를 위한 장비 공급을 위해 Gollerith와 계약을 체결했습니다. 이 인구 조사 결과는 도표 덕분에 불과 XNUMX년 만에 처리되었습니다. 결과적으로 이 기계는 매우 빠르게 국제적 인지도를 얻었고 인구 조사 데이터 처리에 많은 국가에서 사용되었습니다. 1902년 Gollerith는 카드가 수동이 아닌 자동으로 공급되는 자동 표를 만들고 분류 기계를 현대화했습니다. 1908년에 그는 덧셈 기계의 근본적으로 새로운 모델을 만들었습니다. 수은이 든 컵 대신 접촉 브러시가 여기에 사용되어 전자석의 전기 회로가 닫혔습니다. 후자는 적산계 카운터의 디지털 휠과 지속적으로 회전하는 샤프트의 연결 및 분리를 보장합니다. 디지털 휠은 전자석으로 제어되는 슬라이딩 도그 클러치를 운반하는 지속적으로 회전하는 샤프트의 기어를 통해 회전했습니다. 접촉 브러시 아래에 구멍이 발견되면 해당 전자석의 전기 회로가 닫히고 디지털 휠을 회전축에 연결하는 클러치를 켜면이 범주의 카운터 내용이 XNUMX만큼 증가합니다. 바퀴의 한 바퀴에 비례하는 숫자. XNUMX의 전송은 Babbage의 차분 엔진에서와 거의 같은 방식으로 수행되었습니다. Gollerith가 시작한 작업은 오늘날까지 계속됩니다. 1896년에 그는 천공 기계 및 천공 카드 생산을 전문으로 하는 회사인 Tabulayting Machine Company를 설립했습니다. 1911년 Gollerith가 기업 활동을 떠난 후 그의 회사는 다른 세 회사와 합병하여 컴퓨터 기술 분야에서 가장 큰 개발업체인 현재 널리 알려진 세계적인 기업인 IBM으로 변모했습니다. Gollerith tabulator는 전기 기계 요소를 처음으로 사용한 것입니다. 컴퓨터 기술의 추가 발전은 전기의 광범위하고 다면적인 응용과 관련되었습니다. 1938년 독일 엔지니어 Konrad Zuse는 전화 중계기에서 최초의 중계 전자 컴퓨터 Z1을 만들었습니다(녹음 장치는 기계식으로 유지됨). 1939년에는 좀 더 발전된 Z2 모델이 등장했고 1941년 Zuse는 바이너리 시스템을 사용하는 프로그램 제어 기능이 있는 세계 최초의 작업 컴퓨터를 조립했습니다. 이 모든 기계는 전쟁 중에 죽었으므로 이후의 컴퓨팅 역사에 큰 영향을 미치지 않았습니다. Zuse에 관계없이 Howard Aiken은 미국에서 릴레이 컴퓨터 건설에 종사했습니다. 하버드 대학교 대학원생인 Aiken은 논문을 작성하는 동안 복잡한 계산을 많이 해야 했습니다. 계산 작업 시간을 줄이기 위해 그는 특정 문제의 자동 해결을 위한 단순 기계를 발명하기 시작했습니다. 결국 그는 광범위한 과학적 문제를 해결할 수 있는 자동 만능 컴퓨터에 대한 아이디어를 생각해 냈습니다. 1937년 IBM은 그의 프로젝트에 관심을 갖게 되었습니다. Aiken을 돕기 위해 엔지니어 팀이 배정되었습니다. 곧 Mark-1 기계 건설에 대한 작업이 시작되었습니다. 릴레이, 카운터, 접점 및 펀치 카드 입력 및 출력 장치는 IBM에서 제조한 표의 표준 부품이었습니다. 1944년에 자동차가 조립되어 하버드 대학교에 기증되었습니다. "Mark-1"은 과도기 유형 기계로 남아있었습니다. 숫자를 나타내는 기계 요소와 기계의 작동을 제어하는 전기 기계 요소를 광범위하게 사용했습니다. Babbage의 분석 엔진에서와 같이 숫자는 1개의 톱니 바퀴로 구성된 레지스터에 저장되었습니다. 전체적으로 "Mark-72"에는 60개의 레지스터와 기계식 스위치로 구성된 24개의 추가 메모리가 있습니다. 이 추가 메모리에 상수를 수동으로 입력했습니다. 계산하는 동안 변경되지 않은 숫자입니다. 각 레지스터에는 23개의 바퀴가 포함되어 있으며 그 중 XNUMX개는 숫자 자체를 나타내고 XNUMX개는 기호를 나타내는 데 사용됩니다. 레지스터에는 XNUMX을 전송하는 메커니즘이 있으므로 숫자를 저장하는 것뿐만 아니라 연산을 수행하는 데에도 사용되었습니다. 한 레지스터에 있는 숫자를 다른 레지스터로 전송하고 거기에 있는 숫자에 더하거나 뺄 수 있습니다. 이러한 작업은 다음과 같이 수행되었습니다. 레지스터를 구성하는 계수 바퀴를 통해 지속적으로 회전하는 축이 통과했으며 회전의 특정 부분을 구성하는 일정 시간 동안 전자 기계 스위치의 도움으로 모든 바퀴가 이 축에 연결될 수 있었습니다. 바퀴가 회전할 때 고정된 XNUMX분할 접점을 따라 움직이는 브러시(읽기 접점)가 각 번호에 부착되었습니다. 이것은 레지스터의 주어진 비트에 저장된 숫자의 전기적 등가물을 얻는 것을 가능하게 했습니다. 합산 연산을 수행하기 위해 첫 번째 레지스터의 브러시와 두 번째 레지스터의 전환 메커니즘 사이에 이러한 연결이 설정되어 후자의 바퀴가 해당 숫자의 숫자에 비례하는 회전 주기의 일부 동안 샤프트에 연결되었습니다. 첫 번째 레지스터의 모든 스위치는 전환 기간의 절반 이상을 차지하지 않는 추가 단계가 끝날 때 자동으로 꺼졌습니다. 합산 메커니즘 자체는 본질적으로 Gollerite tabulators의 가산기와 다르지 않았습니다. 곱셈과 나눗셈은 별도의 장치에서 수행되었습니다. 또한 이 기계에는 sin x, log x 및 기타 함수를 계산하기 위한 블록이 내장되어 있었습니다. 산술 연산 수행 속도의 평균: 더하기 및 빼기 - 0초, 곱하기 - 3초, 나누기 - 5초. 즉, "Mark-7"은 수동 계산기로 작업하는 약 15명의 작업자에 해당합니다. "Mark-1"의 작업은 천공 테이프를 사용하여 입력된 명령에 의해 제어되었습니다. 각 명령은 테이프를 따라 흐르는 24개 열에 구멍을 뚫어 인코딩하고 접촉 브러시를 사용하여 읽습니다. 펀칭된 카드에 펀칭이 펄스 세트로 변환되었습니다. 주어진 행의 위치를 "탐색"한 결과 얻은 일련의 전기 신호는 주어진 계산 단계에서 기계의 동작을 결정했습니다. 이러한 명령을 기반으로 제어 장치는 이 프로그램의 모든 계산을 자동으로 실행하도록 했습니다. 즉, 메모리 셀에서 숫자를 가져오고, 필요한 산술 연산에 대한 명령을 내리고, 계산 결과를 메모리 장치로 보내는 등의 작업을 수행했습니다. Aiken은 타자기와 천공기를 출력 장치로 사용했습니다. Mark 1이 출시된 후 Aiken과 그의 직원은 Mark 2에 대한 작업을 시작하여 1947년에 종료되었습니다. 이 기계에는 더 이상 기계식 디지털 바퀴가 없었고 전기 릴레이는 숫자를 기억하고 산술 연산을 수행하고 연산을 제어하는 데 사용되었습니다. 총 13개가 있었습니다. "Mark-2"의 숫자는 이진 형식으로 표시되었습니다. 이진 시스템은 컴퓨터에서 사용하기에 가장 편리하다고 생각한 Leibniz가 제안했습니다. (이 주제에 대한 논문은 1703년에 작성되었습니다.) 그는 또한 이진수의 산술을 개발했습니다. 이진법에서는 우리가 익숙한 십진법과 마찬가지로 각 숫자의 값이 위치에 따라 결정되며 일반적인 0자리 대신 1과 2901의 두 가지만 사용됩니다. 숫자의 이진법을 이해하기 위해 먼저 잘 알려진 십진법의 의미를 살펴보겠습니다. 예를 들어 숫자 XNUMX은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
즉, 숫자: 2, 9, 0, 1은 숫자의 각 소수점 이하 자릿수에 몇 개의 단위가 있는지 나타냅니다. 십진법 대신 이진법을 사용하는 경우 각 숫자는 각 이진법에 포함된 단위 수를 나타냅니다. 예를 들어 숫자 13은 다음과 같이 이진법으로 작성됩니다.
이진법은 상당히 번거롭지만(예: 숫자 9000은 14자리) 산술 연산을 수행할 때 매우 편리합니다. 전체 구구단은 단일 평등 1 * 1 \u1d 1로 줄어들고 추가에는 세 가지 규칙 만 있습니다. 0) 0 + 0은 2을 제공합니다. 0) 1+1은 3을 제공합니다. 1) 1+0은 1을 주고 XNUMX을 최상위 비트로 전송합니다. 예를 들면 다음과 같습니다 01010+
컴퓨터 기술에서 이진 시스템의 승인은 이진 숫자의 간단한 기술 아날로그의 존재로 인한 것입니다. 전기 릴레이는 두 가지 안정적인 상태 중 하나에 있을 수 있습니다. 첫 번째는 0과 연결되고 다른 하나는 1과 연결됩니다. 전송 한 기계 장치에서 다른 기계 장치로의 전기 충격에 의한 이진수의 변환도 매우 편리합니다. 이렇게 하려면 모양이 다른 두 개의 펄스로 충분합니다(또는 신호가 없는 경우 XNUMX으로 간주되는 경우 하나). 컴퓨터 역사의 여명기에 만들어진 중계기는 상대적으로 느리게 작동했기 때문에 컴퓨터 기술에서 오랫동안 사용되지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 기계에서 계산의 속도가 디지털 바퀴를 돌리는 속도로 결정되는 것처럼 릴레이로 구성된 회로의 작동 시간은 릴레이가 작동하고 해제되는 데 걸리는 시간과 같습니다. 한편, 가장 빠른 릴레이라도 초당 50회 이상 작동하지 못했습니다. 예를 들어 Mark-2에서 덧셈과 뺄셈 연산은 평균 0,125초, 곱셈은 0,25초가 걸렸다. 전기 기계 릴레이의 전자 아날로그 - 진공 램프 트리거 - 속도가 훨씬 빠릅니다. 그것들은 XNUMX세대 컴퓨터의 기본 요소가 되었습니다.
방아쇠는 1919년 러시아 엔지니어 Bonch-Bruevich에 의해 그리고 미국인 Eccles와 Jordan에 의해 독립적으로 발명되었습니다. 이 전자 요소에는 두 개의 램프가 포함되어 있으며 언제든지 두 가지 안정적인 상태 중 하나에 있을 수 있습니다. 그것은 전자 릴레이였습니다. 즉, 제어 펄스 신호가있을 때 원하는 라인이나 전류 회로를 켭니다. 전기 기계 릴레이와 마찬가지로 단일 이진수를 나타내는 데 사용할 수 있습니다.
하나의 실린더에 위치할 수 있는 1개의 진공관(2극관 L1 및 L1)으로 구성된 전자 계전기의 작동 원리를 고려해 보겠습니다. 애노드(L2)로부터 저항(R2)을 통해 전압이 그리드(L1)에 공급되고, 애노드(L2)로부터의 전압이 저항(R1)을 통해 그리드(L2)에 공급된다. 트리거가 위치한 위치에 따라 출력에서 저전압 또는 고전압 레벨을 제공합니다. 먼저 램프 L1이 열려 있고 L1가 닫혀 있다고 가정합시다. 그런 다음 열린 램프의 양극에서의 전압은 닫힌 램프의 양극에서의 전압에 비해 작습니다. 실제로, 열린 램프 L2이 전류를 전도하기 때문에 높은 양극 저항 Ra에서 대부분의 양극 전압 강하(옴의 법칙 u = i • R에 따라) 전압 강하의 일부. 반대로 닫힌 램프에서 애노드 전류는 1이고 애노드 전압 소스의 전체 전압은 램프를 가로질러 떨어집니다. 따라서, 폐쇄 램프 L2의 양극에서 그리드 L1으로 가는 것보다 개방 램프 L2의 양극에서 폐쇄 램프 그리드로의 전압 강하가 훨씬 더 적습니다. 두 램프의 그리드에 인가된 음의 전압 Ec는 개방 램프 L1의 애노드에서 그리드 L2로 인가된 작은 양의 전압이 존재함에도 불구하고 첫 번째 램프 L1가 닫히도록 선택됩니다. 애노드 L2에서 그리드에 인가된 양의 전압이 Ec보다 훨씬 크기 때문에 램프 LXNUMX은 초기에 열려 있습니다. 따라서 저항 RXNUMX과 RXNUMX를 통한 램프 간의 연결로 인해 초기 상태가 안정적이며 원하는 만큼 오래 지속됩니다. 이제 닫힐 정도의 짧은 전류 펄스의 형태로 외부에서 열린 램프 L1의 그리드에 음의 전압이 인가되면 회로에서 어떤 일이 일어날지 생각해 봅시다. 애노드 전류 i1이 감소하면 램프 L1의 애노드 전압이 급격히 증가하고 결과적으로 그리드 L2의 양의 전압이 증가합니다. 이것은 애노드 전류 i2가 램프 L2를 통해 나타나게 하고, 이로 인해 램프 L2의 애노드 전압이 감소합니다. L1 그리드의 양의 전압을 낮추면 L1 등의 전류가 훨씬 더 많이 감소합니다. L1의 전류를 감소시키고 L2의 전류를 증가시키는 이러한 눈사태와 같은 성장 과정의 결과, 램프 L1은 닫히고 램프 L2는 열릴 것이다. 따라서 회로는 임의의 시간 동안 유지되는 새로운 안정적인 평형 위치로 이동합니다. 입력 1에 적용된 펄스는 "기억"됩니다. 전자 계전기를 원래 상태로 되돌리려면 음의 전압 펄스를 입력에 적용하면 됩니다. 따라서 방아쇠는 L1이 열리고 L2가 닫힌 초기 상태와 L1이 닫히고 L2가 열린 소위 "들뜬" 상태의 두 가지 안정적인 평형 위치를 갖습니다. 한 상태에서 다른 상태로 트리거를 전송하는 시간은 매우 짧습니다. 커패시터 C1 및 C2는 램프 작동 속도를 높이는 역할을 합니다. 진공관을 저장 장치로 사용할 컴퓨터에 대한 아이디어는 미국 과학자 John Mauchly의 것입니다. 30년대에 그는 방아쇠를 당기는 몇 가지 간단한 컴퓨팅 장치를 만들었습니다. 그러나 처음으로 또 다른 미국 수학자 John Atanasov가 전자 튜브를 사용하여 컴퓨터를 만들었습니다. 그의 차는 1942년에 이미 거의 완성되었습니다. 그러나 전쟁으로 인해 작업 자금이 차단되었습니다. 이듬해인 1943년, 펜실베니아 대학의 무어 전기 공학 학교에서 일하는 동안 Mauchly는 Presper Eckert와 함께 전자 컴퓨터를 위한 자신의 프로젝트를 개발했습니다. 미 병기부는 이 작업에 관심을 갖게 되었고 펜실베니아 대학에 기계 건설을 주문했습니다. Mauchli는 작업의 책임자로 임명되었습니다. 그를 돕기 위해 11명의 엔지니어(Eckert 포함), 200명의 기술자 및 많은 직원이 제공되었습니다. 1946년까지 135년 반 동안 이 팀은 "전자 디지털 적분기 및 계산기"인 ENIAC를 만드는 작업을 했습니다. 그것은 30 평방 미터의 면적을 덮고 150 톤의 질량과 18000 킬로와트의 에너지 소비를 가진 거대한 구조물이었습니다. 이 기계는 1500개의 진공관과 0개의 릴레이를 포함하는 0028개의 패널로 구성되었습니다. 그러나 기계 및 전기 기계 요소 대신 진공관을 사용하면 속도가 급격히 증가했습니다. ENIAC은 곱셈에 0초, 덧셈에 0002초밖에 걸리지 않았습니다. 일반적으로 ENIAC 장치는 다음과 같다. 열 개의 방아쇠마다 링에 연결되어 기계 기계의 계수 바퀴 역할을하는 십진법 카운터를 형성했습니다. 이러한 11개의 링과 숫자의 부호를 나타내는 XNUMX개의 트리거가 저장 레지스터를 형성했습니다. 전체적으로 ENIAC에는 XNUMX개의 그러한 레지스터가 있었습니다. 각 레지스터에는 XNUMX개를 전송하는 회로가 장착되어 있으며 합산 및 뺄셈을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 다른 산술 연산은 특수 블록에서 수행되었습니다. 숫자는 XNUMX개의 도체 그룹을 통해 기계의 한 부분에서 다른 부분으로 전송되었습니다. 전송된 수치의 값은 이 도체를 통해 흐르는 펄스의 수와 같습니다. 기계의 개별 블록 작동은 전자 기계의 해당 블록을 "열고" "닫는" 특정 신호의 시퀀스를 생성하는 마스터 발진기에 의해 제어되었습니다. 기계에 숫자를 입력하는 것은 펀치 카드를 사용하여 수행되었습니다. 소프트웨어 제어는 플러그와 조판 필드(스위치 보드)를 통해 수행되었습니다. 이러한 방식으로 기계의 개별 블록이 서로 연결되었습니다. 이것은 설명된 설계의 중요한 단점 중 하나였습니다. 작업을 위해 기계를 준비하는 데 며칠이 걸렸습니다. 스위칭 보드의 블록을 연결하는 반면 작업은 단 몇 분 만에 해결되는 경우도 있습니다. 일반적으로 ENIAC은 여전히 다소 불안정하고 불완전한 컴퓨터였습니다. 종종 실패하고 오작동에 대한 검색이 며칠 동안 지연되는 경우가 있습니다. 또한 이 기기는 정보를 저장할 수 없습니다. 마지막 단점을 없애기 위해 1944년 Eckert는 메모리에 프로그램을 저장한다는 아이디어를 제시했습니다. 이는 컴퓨팅 역사상 가장 중요한 기술적 발견 중 하나였습니다. 그 본질은 프로그램 명령이 숫자 코드의 형태로 제공되어야 한다는 것입니다. 즉, 이진 시스템(숫자와 같은)으로 인코딩되어 기계에 입력되어 원래 숫자와 함께 저장됩니다. 이러한 명령과 작업을 기억하려면 숫자가 있는 작업과 동일한 장치인 트리거를 사용해야 합니다. 메모리에서 개별 명령을 제어 장치로 추출해야 했으며, 여기에서 해당 내용이 디코딩되어 메모리에서 연산을 수행하고 결과를 메모리로 다시 보내기 위해 숫자를 메모리에서 산술 장치로 전송하는 데 사용되었습니다. 한편, 제1948차 세계대전이 끝난 후 새로운 전자 컴퓨터가 속속 등장하기 시작했습니다. 1년 맨체스터 대학의 영국인 Kilburn과 Williams는 저장 프로그램의 아이디어가 처음 구현된 MARK-1947 기계를 만들었습니다. 1951년 Eckert와 Mouchli는 자체 회사를 설립했으며 1년에는 UNIVAC-1951 기계의 양산을 시작했습니다. 1952년 Lebedev 학자가 만든 최초의 소련 컴퓨터 MESM이 등장했습니다. 마침내 701년 IBM은 최초의 산업용 컴퓨터인 IBM XNUMX을 출시했습니다. 이 모든 기계는 설계에 있어 많은 공통점이 있었습니다. 이제 XNUMX세대 모든 컴퓨터의 작동에 대한 이러한 일반 원칙에 대해 이야기하겠습니다. 아시다시피 전자 컴퓨터는 물리학, 역학, 천문학, 화학 및 기타 정밀 과학의 가장 중요한 문제를 해결하기 위해 수학 응용 분야에서 진정한 혁명을 일으켰습니다. 이전에는 완전히 계산할 수 없었던 프로세스가 컴퓨터에서 성공적으로 모델링되기 시작했습니다. 모든 문제의 솔루션은 다음과 같은 연속적인 단계로 축소되었습니다. 1) 연구 중인 프로세스의 물리적, 화학적 및 기타 본질의 값을 기반으로 대수 공식, 미분 또는 적분 방정식의 형태로 문제를 공식화했습니다. 기타 수학적 관계; 2) 수치적 방법을 사용하여 문제가 일련의 간단한 산술 연산으로 축소되었습니다. 3) 설정된 순서로 작업을 수행하는 엄격한 순서를 결정하는 프로그램이 컴파일되었습니다. (컴퓨터는 원칙적으로 덧셈기 작업을 하는 사람과 동일한 절차를 수행하지만 수천 배, 수만 배는 더 빠릅니다.) 컴파일된 프로그램의 명령은 특수 코드를 사용하여 작성되었습니다. 이러한 각 명령은 시스템 측의 특정 작업을 결정했습니다. 수행 중인 작업의 코드를 제외한 모든 명령에는 주소가 포함되어 있습니다. 일반적으로 메모리 셀의 수, 두 개의 초기 번호(첫 번째 및 두 번째 주소)를 가져온 다음 결과가 전송된 셀의 번호(세 번째 주소)의 세 가지가 있습니다. 따라서 예를 들어 +/1/2/3 명령은 17번째 및 25번째 셀의 숫자를 더하고 결과를 32번째 셀로 보내야 함을 나타냅니다. 유니캐스트 명령도 사용할 수 있습니다. 이 경우 두 숫자에 대해 산술 연산을 수행하고 결과를 전송하려면 세 가지 명령이 필요했습니다. 첫 번째 명령은 메모리에서 산술 단위로 숫자 중 하나를 호출하고 다음 명령은 두 번째 숫자를 호출하고 지정된 연산을 수행합니다. 숫자, 세 번째 명령은 결과를 메모리로 보냈습니다. 따라서 컴퓨터 작업은 프로그램 수준에서 수행되었습니다. 계산 과정은 다음과 같이 진행되었습니다. 컴퓨터의 동작은 논리회로라고 하는 전자키와 스위치를 이용하여 제어하고, 각각의 전자키는 제어전압 펄스 신호를 받으면 원하는 라인이나 전류회로를 켠다. 가장 간단한 전자 키는 이미 XNUMX전극 전자 램프일 수 있습니다. 이 램프는 그리드에 큰 음의 전압이 가해지면 잠기고 양의 전압이 그리드에 가해지면 열립니다. 이 경우, 그 동작은 제어 펄스 B가 두 번째 입력에 인가될 때 펄스 A를 자신을 통과시키는 제어 밸브로 나타낼 수 있습니다. 전류 펄스 A 또는 B가 하나만 있을 때 밸브가 닫히고 펄스가 작동하지 않습니다. 출력으로 전달되지 않습니다. 따라서 두 펄스 A와 B가 시간적으로 일치하는 경우에만 출력에 펄스가 나타납니다. 이러한 회로를 우연의 회로 또는 논리적 "and" 회로라고 합니다. 그와 함께 컴퓨터에는 다른 논리 회로 전체가 사용됩니다. 예를 들어, 라인 A 또는 B에 나타날 때 또는 두 라인에 동시에 나타날 때 출력 펄스를 제공하는 "또는" 회로. 또 다른 논리적 체계는 "아니오" 체계입니다. 반대로 다른 억제 펄스가 동시에 인가되면 밸브를 통한 펄스의 통과를 금지하여 램프를 차단합니다. 이 두 회로를 사용하여 1비트 가산기를 조립할 수 있습니다. 펄스 A와 B가 "no" 및 "and" 회로에 동시에 전송되고 "sum" 버스(와이어)가 "no" 회로에 연결되고 "carry" 버스가 "and" 회로에 연결된다고 가정합니다. . 입력 A에서 펄스(즉, 1)가 수신되지만 입력 B에서 입력이 수신되지 않는다고 가정합니다. 그런 다음 "no"는 "sum" 버스로 가는 펄스를 놓치고 "and" 회로는 이를 놓치지 않습니다. 즉, 비트는 이진 추가 규칙에 해당하는 "1"을 읽습니다. 입력 A와 B가 동시에 펄스를 수신한다고 가정합니다. 이것은 숫자 A의 코드가 "0"이고 B의 코드도 "1"임을 의미합니다. "no" 회로는 두 개의 신호를 놓치지 않고 "sum" 출력은 "XNUMX"이 됩니다. 그러나 "and" 회로는 이를 건너뛰고 "transfer" 버스에 펄스, 즉 "XNUMX "는 인접 비트의 가산기로 전송됩니다. 최초의 컴퓨터에서 트리거는 메모리의 주요 요소이자 산술 가산기 역할을 했습니다. 우리가 기억하는 것처럼 트리거 회로에는 두 가지 안정적인 평형 상태가 있었습니다. 한 상태에 코드 값 "0"을 할당하고 다른 상태에 코드 값 "1"을 할당하여 트리거 셀을 사용하여 코드를 임시로 저장할 수 있었습니다. 합산 회로에서 펄스가 트리거의 카운팅 입력에 적용되면 한 평형 상태에서 다른 평형 상태로 전달되며 이는 한 0진수(0+0=0, 1+1=1, 0+1=1, 1+0=XNUMX)에 대한 추가 규칙을 완전히 준수합니다. XNUMX+XNUMX=XNUMX, XNUMX+XNUMX =XNUMX 및 XNUMX을 최상위 비트로 전송). 이 경우 트리거의 초기 위치를 첫 번째 숫자의 코드로 간주하고 인가된 펄스를 두 번째 숫자의 코드로 간주합니다. 결과는 트리거 셀에서 형성되었습니다. 여러 이진 숫자에 대한 합산 회로를 구현하려면 특수 회로에 의해 수행되는 한 숫자에서 다른 숫자로의 단위 전송을 보장해야 했습니다. 가산기는 기계의 산술 단위의 주요 부분이었습니다. 모든 자릿수에 대해 한 번에 숫자 코드의 병렬 덧셈을 위한 가산기는 이진수가 포함된 숫자 코드만큼 많은 단일 자릿수 가산기를 사용했습니다. 더해진 숫자 A와 B는 메모리 장치에서 가산기로 들어가 플립플롭의 도움으로 거기에 저장되었습니다. 레지스터는 또한 일련의 상호 연결된 플립플롭 T1, T2, T3, T'1, T'2 등으로 구성되며, 모든 숫자에 대해 병렬로 기록 장치에서 번호 코드가 공급되었습니다. 각 플립플롭에는 한 자리 숫자의 코드가 저장되어 있으므로 n개의 이진수 숫자를 저장하려면 n개의 전자 릴레이가 필요했습니다. 레지스터에 저장된 숫자의 코드는 자릿수와 동일한 가산기 S1, S2, S3 등을 사용하여 각 자릿수에 대해 동시에 추가되었습니다. 각 XNUMX비트 가산기에는 XNUMX개의 입력이 있습니다. 동일한 숫자의 숫자 A와 B의 코드가 첫 번째와 두 번째 입력에 입력되었습니다. 세 번째 입력은 이전 숫자에서 전송 코드를 전송하는 데 사용되었습니다.
주어진 비트의 코드를 더한 결과 가산기의 출력 버스에서 합 코드를 얻었고 "전송" 버스에서 다음 비트로 전송하기 위한 코드 "1" 또는 "0"을 얻었습니다. 예를 들어 두 개의 숫자 A=5(0101진 코드 3)와 B=0011(1진 코드 2)을 추가해야 한다고 가정해 보겠습니다. 이 숫자를 병렬로 추가하면 A3=1, A1=2, A0=3, A1=4 및 B0=1, B1=2, B1=3, B0=4 코드가 입력 A0, A1에 각각 적용되었습니다. 및 가산기의 A1. 가산기 S1에서 첫 번째 숫자의 코드를 합산한 결과 0+1=2을 얻고 다음 숫자로 전송 코드 "2"을 얻습니다. 가산기 S2는 코드 A1, B0 및 이전 가산기 S1의 캐리 코드의 세 가지 코드를 추가했습니다. 결과적으로 우리는 1+0+1=XNUMX을 얻고 다음 세 번째 숫자로 전송 코드 "XNUMX"을 얻습니다. 가산기 S3은 숫자 A와 B의 세 번째 자리 코드와 두 번째 자리에서 전송 코드 "1"을 더합니다. 즉, 1+0+1=0이 되고 다음 네 번째 자리로 다시 전송됩니다. "합계" 타이어를 추가한 결과 숫자 1000에 해당하는 코드 8이 표시됩니다. 1951년 Joy Forrester는 임의의 시간 동안 인가된 펄스를 기억하고 저장할 수 있는 자기 코어의 메모리에 대한 특허를 취득하여 컴퓨터 설계를 크게 개선했습니다.
코어는 산화철과 다른 불순물을 혼합하여 얻은 페라이트로 만들어졌습니다. 코어에는 1개의 권선이 있었습니다. 권선 2과 3는 서로 다른 극성의 펄스를 인가하여 코어를 한 방향 또는 다른 방향으로 자화하는 역할을 했습니다. 권선 XNUMX은 코어가 재자화될 때 전류가 유도되는 셀의 출력 권선이었습니다. 각 코어에는 자화를 통해 어떤 숫자의 한 자리에 해당하는 한 펄스의 기록이 저장되었습니다. 일정한 순서로 연결된 코어에서 항상 빠른 속도로 원하는 개수를 선택할 수 있었습니다. 따라서 코어 권선을 통해 양의 신호가 인가되면 코어는 양으로 자화되고 음의 신호에서는 자화가 음이 됩니다. 따라서 코어의 상태는 기록된 신호로 특성화되었습니다. 권선을 통해 읽을 때 특정 극성의 신호(예: 양수)가 적용되었습니다. 그 전에 코어가 음의 자화되면 다시 자화되고 출력 권선에 전류가 발생하여 (전자기 유도 법칙에 따라) 증폭기에 의해 증폭되었습니다. 코어가 양으로 자화되면 상태에 변화가 없으며 출력 권선에 전기 신호가 나타나지 않습니다. 코드를 선택한 후에는 특수 회로에 의해 수행된 코어의 원래 상태를 복원해야 했습니다. 이러한 유형의 저장 장치를 사용하면 몇 마이크로초 만에 숫자를 샘플링할 수 있습니다. 많은 양의 정보가 자기 테이프와 같은 외부 매체에 저장되었습니다. 여기에서 전기 충격의 기록은 테이프 레코더에 소리를 녹음하는 것과 유사했습니다. 전류 펄스는 통과하는 테이프의 해당 위치를 자화하는 자기 헤드를 통과했습니다. 읽을 때 헤드 아래를 통과하는 잔류 자화 필드는 전기 신호를 유도하여 증폭되어 기계에 공급됩니다. 같은 방법으로 강자성체로 덮인 자기 드럼에 정보를 기록하였다. 이 경우 정보를 더 빨리 찾을 수 있습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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