Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

Покупка
Основная коллекция
ПООП
Артикул: 060560.20.01
К покупке доступен более свежий выпуск Перейти
Рассмотрены вопросы организации и функционирования вычислительных устройств, машин и систем. Описаны логические, информационные, алгоритмико-вычислительные основы построения систем. Значительное внимание уделено архитектурам вычислительных машин и систем, их классификациям, составным компонентам — информационно-вычислительным средам и коммутационно-коммуникационным средам. В качестве примера подробно представлены технические, структурные, архитектурные компоненты персональных машин и средства их комплексирования. Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования последнего поколения. Для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Максимов, Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учебник / Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 511 с. — (Среднее профессиональное образование). - ISBN 978-5-00091-511-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1856720 (дата обращения: 28.02.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
АРХИТЕКТУРА ЭВМ 

И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ 

СИСТЕМ

Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов

5-е издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано Министерством образования и науки Российской

Федерации в качестве учебника для студентов учреждений

среднего профессионального образования, обучающихся

по группе специальностей 09.00.00 «Информатика

и вычислительная техника»

УЧЕБНИК

Москва                                        2022

ИНФРА-М


УДК 004.2(075.32)
ББК 32.973-02я723
 
M17

Максимов Н.В.

М17  
Архитектура ЭВМ и вычислительных систем : учебник / Н.В. Макси
мов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : 
ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 511 с. — (Среднее профессиональное 
образование).

ISBN 978-5-00091-511-0 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013573-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106243-2 (ИНФРА-М, online)

Рассмотрены вопросы организации и функционирования вычислитель
ных устройств, машин и систем. Описаны логические, информационные, 
алгоритмико-вычислительные основы построения систем. Значительное 
внимание уделено архитектурам вычислительных машин и систем, их 
классификациям, составным компонентам — информационно-вычислительным средам и коммутационно-коммуникационным средам. В качестве 
примера подробно представлены технические, структурные, архитектурные компоненты персональных машин и средства их комплексирования.

Соответствует требованиям Федерального государственного образова
тельного стандарта среднего профессионального образования последнего 
поколения.

Для студентов учреждений среднего профессионального образования, 

обучающихся по группе специальностей 09.00.00 «Информатика и вычислительная техника».

УДК 004.2(075.32)
ББК 32.973-02я723

Р е ц е н з е н т ы:

Бачинин Ю.Г. — кандидат технических наук, доцент кафедры 

«Проектирование АИС» Российской экономической академии имени Г.В. Плеханова;

Емельянов А.А. — доктор экономических наук, профессор, декан 

факультета «Информатика» Московского международного института 
эконометрики, информатики, финансов и права

ISBN 978-5-00091-511-0 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013573-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106243-2 (ИНФРА-М, online)

© Максимов Н.В., Партыка Т.Л., 

Попов И.И., 2016

© ФОРУМ, 2016

Ââåäåíèå

×åëîâå÷åñòâî ïðîøëî äëèííûé ïóòü, ïðåæäå ÷åì äîñòèãëî
ñîâðåìåííîãî óðîâíÿ ðàçâèòèÿ è ïðèìåíåíèÿ êîìïüþòåðîâ è
èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé.
Âïëîòü äî XVII â. äåÿòåëüíîñòü îáùåñòâà â öåëîì è êàæäîãî
÷åëîâåêà â îòäåëüíîñòè áûëà íàïðàâëåíà íà îâëàäåíèå âåùåñòâîì, ò. å. åñòü ïîçíàíèå ñâîéñòâ âåùåñòâà è èçãîòîâëåíèå ñíà÷àëà
ïðèìèòèâíûõ, à ïîòîì âñå áîëåå ñëîæíûõ îðóäèé òðóäà âïëîòü äî
ìåõàíèçìîâ è ìàøèí, ïîçâîëÿþùèõ èçãîòîâëÿòü ìàòåðèàëüíûå
öåííîñòè.
Çàòåì â ïðîöåññå ñòàíîâëåíèÿ èíäóñòðèàëüíîãî îáùåñòâà íà
ïåðâûé ïëàí âûøëà ïðîáëåìà îâëàäåíèÿ ýíåðãèåé — ñíà÷àëà òåïëîâîé, çàòåì ýëåêòðè÷åñêîé è àòîìíîé, ÷òî ïîçâîëèëî îñâîèòü
ìàññîâîå ïðîèçâîäñòâî ïîòðåáèòåëüñêèõ öåííîñòåé è, êàê ñëåäñòâèå, ïîâûñèòü óðîâåíü æèçíè ëþäåé è èçìåíèòü õàðàêòåð èõ
òðóäà.
 òî æå âðåìÿ ÷åëîâå÷åñòâó ñâîéñòâåííà ïîòðåáíîñòü âûðàæàòü, çàïîìèíàòü è ðàñïðîñòðàíÿòü èíôîðìàöèþ îá îêðóæàþùåì ìèðå — ýòè óñòðåìëåíèÿ ïðèâåëè ê ïîÿâëåíèþ ïèñüìåííîñòè, êíèãîïå÷àòàíèÿ, æèâîïèñè, ôîòîãðàôèè, ðàäèîñâÿçè, òåëåâèäåíèÿ.
 äàëåêîì ïðîøëîì ëþäè ñ÷èòàëè íà ïàëüöàõ èëè äåëàëè íàñå÷êè íà êîñòÿõ. Äðåâíåéøèì «ñ÷åòíûì èíñòðóìåíòîì», êîòîðûé áûë ïðåäñòàâëåí ñàìîé ïðèðîäîé â ðàñïîðÿæåíèå ÷åëîâåêà,
áûëà åãî ñîáñòâåííàÿ ðóêà. Íà çàðå ÷åëîâå÷åñêîé öèâèëèçàöèè
áûëè èçîáðåòåíû ðàçëè÷íûå ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ, ïîçâîëÿþùèå
îñóùåñòâëÿòü òîðãîâûå ñäåëêè, ðàññ÷èòûâàòü àñòðîíîìè÷åñêèå
öèêëû, ïðîâîäèòü äðóãèå âû÷èñëåíèÿ. Ñïóñòÿ íåñêîëüêî òûñÿ÷åëåòèé ïîÿâèëèñü ïåðâûå ðó÷íûå âû÷èñëèòåëüíûå ñðåäñòâà.
 íàøè äíè ñëîæíåéøèå âû÷èñëèòåëüíûå çàäà÷è, êàê è ìíîæåñòâî äðóãèõ îïåðàöèé, êàçàëîñü áû, íå ñâÿçàííûõ ñ ÷èñëàìè,

ðåøàþòñÿ èìåííî ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðîâ. Ýòî åùå îäèí òèï
ìàøèí, ïîñòðîåííûé äëÿ òîãî, ÷òîáû óâåëè÷èòü ýôôåêòèâíîñòü
è êà÷åñòâî âûïîëíÿåìûõ ðàáîò è ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü
òðóäà. Îäíàêî íè îäíà äðóãàÿ ìàøèíà â èñòîðèè íå ïðèíåñëà
ñòîëü áûñòðûõ è ãëóáîêèõ èçìåíåíèé (ïîñàäêà àïïàðàòîâ íà ïîâåðõíîñòü Ëóíû è èññëåäîâàíèå ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû,
óïðàâëåíèå ìåäèöèíñêîé àïïàðàòóðîé, ðåøåíèå ñëîæíûõ ýêîíîìè÷åñêèõ è óïðàâëåí÷åñêèõ çàäà÷ è ìíîãîå äðóãîå).
Ýëåêòðîííûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû (ÝÂÌ) çà ïîñëåäíèå
ïîëâåêà ïðåîáðàçèëè öèâèëèçàöèþ, âîâëåêàÿ ÷åëîâå÷åñòâî â
ïðîöåññ è í ô î ð ì à ò è ç à ö è è, êîòîðûé îõâàòûâàåò âñå ñôåðû,
âñå îòðàñëè îáùåñòâåííîé æèçíè, ïðî÷íî âõîäÿò â æèçíü êàæäîãî ÷åëîâåêà, âîçäåéñòâóþò íà åãî îáðàç ìûøëåíèÿ è ïîâåäåíèå.
ÝÂÌ ÿâëÿþòñÿ âàæíåéøèì èç ô à ê ò î ð î â è í ô î ð ì à ò è ç à ö è è, êîòîðûå âêëþ÷àþò â ñåáÿ:
òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà (ÝÂÌ è ñèñòåìû);
ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà è ñèñòåìû (ïðîãðàììíûé ôàêòîð);
èíôîðìàöèîííûé ôàêòîð — ñîáñòâåííî èíôîðìàöèÿ, ò. å.
ñèãíàëû, ñîîáùåíèÿ, ìàññèâû äàííûõ, ôàéëû è áàçû äàííûõ (ÁÄ);
èíòåëëåêòóàëüíûå óñèëèÿ è ÷åëîâå÷åñêèé òðóä (÷åëîâå÷åñêèé, ãóìàíèòàðíûé ôàêòîð).
Ïåðå÷èñëåííûå ôàêòîðû ñîîòâåòñòâóþò òàêæå èñòîðè÷åñêèì
ýòàïàì ðàçâèòèÿ èíôîðìàòèçàöèè. Ìîæíî âûäåëèòü ñëåäóþùèå
ôàçû, íà êàæäîé èç êîòîðûõ äîìèíèðóåò êàêîé-ëèáî èç óïîìÿíóòûõ ôàêòîðîâ:
òåõíè÷åñêèé ïåðèîä, çà êîòîðûé ñëîæèëèñü îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðóêòóðå óíèâåðñàëüíûõ ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ
ìàøèí
(ÝÂÌ),
îïðåäåëèëàñü
àðõèòåêòóðà
è
òèïû óñòðîéñòâ — ñ 1946 ïî 1964 ãã. (ïðèáëèçèòåëüíî);
ïðîãðàììíûé ïåðèîä — âûðàáîòàëàñü ñîâðåìåííàÿ êëàññèôèêàöèÿ ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ, èõ ñòðóêòóð è âçàèìîñâÿçåé, ñëîæèëèñü ÿçûêè ïðîãðàììèðîâàíèÿ, áûëè ðàçðàáîòàíû ïåðâûå êîìïèëÿòîðû è ïðèíöèïû ïðîöåäóðíîé îáðàáîòêè — ñ 1954 ïî 1970 ãã.;
èíôîðìàöèîííûé ïåðèîä — â öåíòðå âíèìàíèÿ èññëåäîâàòåëåé è ðàçðàáîò÷èêîâ îêàçûâàþòñÿ ñòðóêòóðû äàííûõ, ÿçûêè îïèñàíèÿ (ßÎÄ) è ìàíèïóëèðîâàíèÿ (ßÌÄ) äàííûìè,
íåïðîöåäóðíûå ïîäõîäû ê ïîñòðîåíèþ ñèñòåì îáðàáîòêè
èíôîðìàöèè — ñ 1970 ã. ïî íàñòîÿùåå âðåìÿ;

4
Ââåäåíèå

ãóìàíèòàðíûé ïåðèîä, ñâÿçàííûé ñ ðåçêèì âîçðàñòàíèåì
êðóãà ïîëüçîâàòåëåé àâòîìàòèçèðîâàííûõ èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé (ÀÈÒ) è ïîâûøåíèåì ðîëè èíòåðôåéñíûõ
è íàâèãàöèîííûõ âîçìîæíîñòåé ñîîòâåòñòâóþùèõ ñèñòåì
(ñ íà÷àëà 90-õ ãã. ïðîøëîãî âåêà). Òðàäèöèîííûå ÀÈÒ
áûëè ïîä÷èíåíû ïðîèçâîäèòåëÿì èíôîðìàöèè (èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåì) è äîâîäèëè îäèíàêîâîå ñîäåðæàíèå (ñîçäàâàëè îäíîòèïíûå âîçìîæíîñòè) äî âñåõ àäðåñàòîâ. Íîâûå
ÀÈÒ íàïðàâëåíû íà èíäèâèäóàëüíîãî ïîëüçîâàòåëÿ, ïðåäîñòàâëÿÿ âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè, íóæíîé
èìåííî åìó.
Êîíå÷íî, äàííàÿ ïåðèîäèçàöèÿ óñëîâíà, è ãîâîðèòü îá îêîí÷àíèè òåõíè÷åñêîãî ïåðèîäà èëè èñ÷åðïàíèè ïðåäåëîâ ðàçâèòèÿ
íå ïðèõîäèòñÿ. Èìåííî ÝÂÌ ðàçâèâàþòñÿ íàèáîëåå âûñîêèìè
òåìïàìè, óâëåêàÿ çà ñîáîé îñòàëüíûå ôàêòîðû èíôîðìàòèçàöèè.
Íàñòîÿùèé ó÷åáíèê ïîñâÿùàåòñÿ äàííîé ïðîáëåìàòèêå.
Ïåðâàÿ ãëàâà ïîñâÿùåíà èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ
óñòðîéñòâ, ìàøèí è ïðèáîðîâ, îñíîâíûì àñïåêòàì îñíîâ ÝÂÌ —
èíôîðìàöèîííûì (ïðåäñòàâëåíèå, êîäèðîâàíèå, îáðàáîòêà èíôîðìàöèè â ÝÂÌ), ëîãè÷åñêèì (îñíîâíûå ôóíêöèè, îïåðàöèè,
ýëåìåíòû è óçëû) è àëãîðèòìè÷åñêèì (ñòðóêòóðà è îñíîâíûå ýëåìåíòû ïðîãðàìì è àëãîðèòìîâ).
 ãëàâå 2 ðàññìàòðèâàþòñÿ ðàçëè÷íûå ïðèíöèïû êëàññèôèêàöèè âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, óçëû ÝÂÌ, ïðåäñòàâëåíèÿ îá àðõèòåêòóðå ÝÂÌ, âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì (ÂÑ) è ñóïåðêîìïüþòåðîâ.
 òðåòüåé ãëàâå ðàññìàòðèâàþòñÿ îáùèå ïðèíöèïû ñòðóêòóðû è àðõèòåêòóðû ïðîöåññîðîâ, òåõíîëîãèè ïîâûøåíèÿ èõ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè,
êîíêðåòíûå
ìèêðîàðõèòåêòóðû
ïðîöåññîðîâ
Intel, AMD, IBM, ñèñòåìà êîìàíä x86 â ïðåäñòàâëåíèÿõ ìàêðîàññåìáëåðà.
Ãëàâà 4 ïîñâÿùåíà âîïðîñàì îðãàíèçàöèè îïåðàòèâíîé ïàìÿòè, âíóòðåííèì èíòåðôåéñàì è (êðàòêî) âíåøíèì èíòåðôåéñàì, à òàêæå ðàçíîâèäíîñòÿì àðõèòåêòóðû íàáîðà ìèêðîñõåì
ñèñòåìíîé ïëàòû (÷èïñåò).
Ê ñîæàëåíèþ, èç-çà îãðàíè÷åíèé íà îáúåì êíèãè áûë îïóùåí öåëûé ðÿä âîïðîñîâ, ñâÿçàííûõ ñ ñîâðåìåííûì ñîñòîÿíèåì
ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ ÝÂÌ, êîòîðûå îäíàêî ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû, íàïðèìåð, â ðàáîòàõ àâòîðîâ [10, 11, 15].
Ó÷åáíèê áàçèðóåòñÿ íà ìàòåðèàëàõ, íàêîïëåííûõ àâòîðàìè â ïðîöåññå ïðàêòè÷åñêîé, èññëåäîâàòåëüñêîé, à òàêæå ïðåïîäàâàòåëüñêîé äåÿòåëüíîñòè (ÌÈÔÈ, ÌÈÑÈ, ÐÃÃÓ, ÐÝÀ

Ââåäåíèå
5

èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà, ÌÔÏÀ). Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü
ðåöåíçåíòàì, à òàêæå êîëëåãàì, ïðèíÿâøèì ó÷àñòèå â îáñóæäåíèè ìàòåðèàëà, — Í.Â. Ìàêñèìîâó (ÌÈÔÈ), Ê.È. Êóðáàêîâó
(ÐÝÀ èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà), à òàêæå ñòóäåíòàì ÐÃÃÓ, ÌÔÏÀ,
ÐÝÀ èì. Ã.Â. Ïëåõàíîâà çà ïðåäîñòàâëåííûå èëëþñòðàòèâíûå
ìàòåðèàëû.

6
Ââåäåíèå

Ãëàâà 1
ÂÛ×ÈÑËÈÒÅËÜÍÛÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ È ÌÀØÈÍÛ.
ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÏÐÈÍÖÈÏÛ

Çàêëàäêà ôóíäàìåíòà êîìïüþòåðíîé ðåâîëþöèè ïðîèñõîäèëà ìåäëåííî è äàëåêî íå ãëàäêî. Îòïðàâíîé òî÷êîé ýòîãî ïðîöåññà ìîæíî ñ÷èòàòü èçîáðåòåíèå ñ÷åòîâ (áîëåå 1500 ëåò íàçàä).
Îíè îêàçàëèñü î÷åíü ýôôåêòèâíûì èíñòðóìåíòîì è âñêîðå ðàñïðîñòðàíèëèñü ïî âñåìó ìèðó (êîå-ãäå ïðèìåíÿÿñü è ïî ñåé
äåíü). Ñ XVII â. åâðîïåéñêèå ìûñëèòåëè áûëè óâëå÷åíû èäååé
ñîçäàíèÿ ñ÷åòíûõ óñòðîéñòâ.
Ïåðâàÿ ñ÷åòíàÿ ìàøèíà ïîÿâèëàñü ëèøü â 1642 ã. Åå èçîáðåë
ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê Ïàñêàëü (ñì. òàáë. 1.1). Ïîñòðîåííàÿ íà
îñíîâå çóá÷àòûõ êîëåñ, îíà ìîãëà ñóììèðîâàòü äåñÿòè÷íûå ÷èñëà. Âñå ÷åòûðå àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèÿ âûïîëíÿëà ìàøèíà,
ñîçäàííàÿ â 1673 ã. íåìåöêèì ìàòåìàòèêîì Ëåéáíèöåì, êîòîðàÿ
ñòàëà ïðîòîòèïîì àðèôìîìåòðîâ, èñïîëüçîâàâøèõñÿ ñ 1820 ã.
âïëîòü äî 1960 ãã. XX â. Âïåðâûå èäåÿ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìîé
ñ÷åòíîé ìàøèíû, èìåþùåé àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî, óñòðîéñòâà óïðàâëåíèÿ, ââîäà è ïå÷àòè (õîòÿ è èñïîëüçóþùåé äåñÿòè÷íóþ ñèñòåìó ñ÷èñëåíèÿ), áûëà âûäâèíóòà â 1822 ã. àíãëèéñêèì
ìàòåìàòèêîì Áýááèäæåì. Ïðîåêò îïåðåæàë òåõíè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ñâîåãî âðåìåíè è íå áûë ðåàëèçîâàí.
Êàæäîìó, çíàêîìîìó ñ ñîâðåìåííûìè êîìïüþòåðàìè, ìåõàíè÷åñêèå ñ÷åòíûå ìàøèíû è ïðèáîðû ïîêàæóòñÿ, ïîæàëóé, çàáàâíûìè è íåóêëþæèìè óñòðîéñòâàìè. Îäíàêî, îçíàêîìèâøèñü
ñ èñòîðèåé ðàçâèòèÿ ñ÷åòíûõ ìàøèí, ìîæíî ïîðàçèòüñÿ èçîáðåòàòåëüíîñòè, õèòðîóìèþ è íàñòîé÷èâîñòè èõ ñîçäàòåëåé. Óìåñòíî âñïîìíèòü ñëîâà Á. Ïàñêàëÿ î òîì, ÷òî äëÿ ñîçäàíèÿ «àðèôìåòè÷åñêîé ìàøèíû» åìó ïîòðåáîâàëîñü âñå ðàíåå ïðèîáðåòåííûå çíàíèÿ ïî ãåîìåòðèè, ôèçèêå è ìåõàíèêå.
Âûïîëíÿâøèåñÿ â 40-õ ãîäàõ XX â. ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ñ ïðîãðàììíûì óïðàâëåíèåì, áûëè òåñíî
ñâÿçàíû ñ ïîÿâëåíèåì íîâîé ôóíäàìåíòàëüíîé íàóêè — êèáåð
íåòèêè, èëè íàóêè îá óïðàâëåíèè è êîììóíèêàöèè. Ñóäüáà ýòîé
íàóêè â íàøåé ñòðàíå (áûâøåì ÑÑÑÐ) áûëà òðóäíîé. Äîëãîå
âðåìÿ îíà ñ÷èòàëàñü «áóðæóàçíîé ëæåíàóêîé». Òîëüêî â íà÷àëå
50-õ ãã. ïðîøëîãî âåêà ïîÿâèëèñü ïåðâûå ñîâåòñêèå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû. Íåñìîòðÿ íà ýòî ðîëü îòå÷åñòâåííûõ ó÷åíûõ â
îáëàñòè êèáåðíåòèêè è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè íåîöåíèìà.

1.1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ïðèáîðû,
èñòîðèÿ âîïðîñà

Ðàññìîòðèì âíà÷àëå òàáë. 1.1, â êîòîðîé ïðèâåäåíû êðàòêèå
ñâåäåíèÿ îá èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäñòâ è ìåòîäîâ â ëèöàõ, ñîáûòèÿõ è îáúåêòàõ («âðåìÿ — ñîáûòèÿ — ëþäè»)
[10—12].

Òàáëèöà 1.1. Îñíîâíûå ñîáûòèÿ â èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ìåòîäîâ,
ïðèáîðîâ, àâòîìàòîâ è ìàøèí

Àâòîðû è èçäåëèÿ
Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé)

Äæîí Íåïåð
(1550—1617)

Øîòëàíäåö Äæîí Íåïåð â 1614 ã. îïóáëèêîâàë «Îïèñàíèå
óäèâèòåëüíûõ òàáëèö ëîãàðèôìîâ». Îí óñòàíîâèë, ÷òî ñóììà
ëîãàðèôìîâ ÷èñåë a è b ðàâíà ëîãàðèôìó ïðîèçâåäåíèÿ ýòèõ
÷èñåë. Ïîýòîìó óìíîæåíèå óäàåòñÿ ñâåñòè ê îïåðàöèè ñëîæåíèÿ. Èì æå áûë ðàçðàáîòàí èíñòðóìåíò ïåðåìíîæåíèÿ ÷èñåë —
«êîñòÿøêè Íåïåðà», ñîñòîÿâøèé èç íàáîðà ñåãìåíòèðîâàííûõ
ñòåðæåíüêîâ, ïðè ïåðåìåùåíèè êîòîðûõ ïðè ñëîæåíèè ÷èñåë â
ïðèëåãàþùèõ äðóã ê äðóãó ïî ãîðèçîíòàëè ñåãìåíòàõ ïîëó÷àëè
ðåçóëüòàò èõ óìíîæåíèÿ. «Êîñòÿøêè Íåïåðà» âñêîðå áûëè âûòåñíåíû
ëîãàðèôìè÷åñêîé
ëèíåéêîé
(Ð. Áèññàêàð,
êîíåö
1620 ã.) è äðóãèìè âû÷èñëèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè (â îñíîâíîì ìåõàíè÷åñêîãî òèïà)

Âèëüãåëüì Øèêêàðä
(1592—1636)

Ñ÷èòàëîñü, ÷òî ïåðâóþ ìåõàíè÷åñêóþ ñ÷åòíóþ ìàøèíó èçîáðåë âåëèêèé ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê è ôèçèê Á. Ïàñêàëü â
1642 ã. Îäíàêî â 1957 ã. Ô. Ãàììåð (ÔÐÃ, äèðåêòîð Êåïëåðîâñêîãî íàó÷íîãî öåíòðà) îáíàðóæèë äîêàçàòåëüñòâà ñîçäàíèÿ
Âèëüãåëüìîì Øèêêàðäîì ìåõàíè÷åñêîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû ïðèáëèçèòåëüíî çà äâà äåñÿòèëåòèÿ äî èçîáðåòåíèÿ Ïàñêàëÿ.
Îí íàçâàë åå «÷àñû äëÿ ñ÷åòà». Ìàøèíà ïðåäíàçíà÷àëàñü äëÿ
âûïîëíåíèÿ ÷åòûðåõ àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèé è ñîñòîÿëà èç
÷àñòåé: ñóììèðóþùåãî óñòðîéñòâà; ìíîæèòåëüíîãî óñòðîéñòâà;
ìåõàíèçìà äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ. Ñóììèðóþùåå óñòðîéñòâî ñîñòîÿëî èç çóá÷àòûõ ïåðåäà÷ è ïðåäñòàâëÿëî ïðîñòåéøóþ ôîðìó àðèôìîìåòðà. Ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà ìåõàíè÷åñêîãî
ñ÷åòà ñ÷èòàåòñÿ êëàññè÷åñêîé

8
Ãëàâà 1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ìàøèíû...

Àâòîðû è èçäåëèÿ
Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé)

Îäíàêî ýòó ïðîñòóþ è ýôôåêòèâíóþ ñõåìó ïðèøëîñü èçîáðåòàòü çàíîâî, òàê êàê ñâåäåíèÿ î ìàøèíå Øèêêàðäà íå ñòàëè
âñåîáùèì äîñòîÿíèåì

Áëýç Ïàñêàëü (1623 —1662)

Ìàøèíà Á. Ïàñêàëÿ

 1642 ã., êîãäà Ïàñêàëþ áûëî 19 ëåò, áûëà èçãîòîâëåíà
ïåðâàÿ äåéñòâóþùàÿ ìîäåëü ñóììèðóþùåé ìàøèíû. ×åðåç íåñêîëüêî ëåò Áëýç Ïàñêàëü ñîçäàë ìåõàíè÷åñêóþ ñóììèðóþùóþ
ìàøèíó («ïàñêàëèíà»), êîòîðàÿ ïîçâîëÿëà ñêëàäûâàòü ÷èñëà â
äåñÿòè÷íîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ.  ýòîé ìàøèíå öèôðû øåñòèçíà÷íîãî ÷èñëà çàäàâàëèñü ïóòåì ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîâîðîòîâ
äèñêîâ (êîëåñ) ñ öèôðîâûìè äåëåíèÿìè, à ðåçóëüòàò îïåðàöèè
ìîæíî áûëî ïðî÷èòàòü â øåñòè îêîøêàõ — ïî îäíîìó íà êàæäóþ öèôðó. Äèñê åäèíèö áûë ñâÿçàí ñ äèñêîì äåñÿòêîâ, äèñê
äåñÿòêîâ — ñ äèñêîì ñîòåí è ò. ä. Äðóãèå îïåðàöèè âûïîëíÿëèñü ñ ïîìîùüþ äîâîëüíî íåóäîáíîé ïðîöåäóðû ïîâòîðíûõ
ñëîæåíèé, è â ýòîì çàêëþ÷àëñÿ îñíîâíîé íåäîñòàòîê «ïàñêàëèíû». Ïðèáëèçèòåëüíî çà äåñÿòèëåòèå îí ïîñòðîèë áîëåå 50 ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ìàøèíû. Èçîáðåòåííûé Ïàñêàëåì ïðèíöèï
ñâÿçàííûõ êîëåñ ÿâèëñÿ îñíîâîé, íà êîòîðîé ñòðîèëîñü áîëüøèíñòâî âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ íà ïðîòÿæåíèè ñëåäóþùèõ
òðåõ ñòîëåòèé

Ãîòôðèä Âèëüãåëüì
Ëåéáíèö (1646 —1716)

 1672 ã., íàõîäÿñü â Ïàðèæå, Ëåéáíèö ïîçíàêîìèëñÿ ñ ãîëëàíäñêèì ìàòåìàòèêîì è àñòðîíîìîì Õðèñòèàíîì Ãþéãåíñîì.
Âèäÿ, êàê ìíîãî âû÷èñëåíèé ïðèõîäèòñÿ äåëàòü àñòðîíîìó,
Ëåéáíèö ðåøèë èçîáðåñòè ìåõàíè÷åñêîå óñòðîéñòâî äëÿ ðàñ÷åòîâ.  1673 ã. îí çàâåðøèë ñîçäàíèå ìåõàíè÷åñêîãî êàëüêóëÿòîðà. Ðàçâèâ èäåè Ïàñêàëÿ, Ëåéáíèö èñïîëüçîâàë îïåðàöèþ ñäâèãà
äëÿ ïîðàçðÿäíîãî óìíîæåíèÿ ÷èñåë. Ñëîæåíèå ïðîèçâîäèëîñü
íà íåì ïî ñóùåñòâó òàê æå, êàê è íà «ïàñêàëèíå», îäíàêî Ëåéáíèö âêëþ÷èë â êîíñòðóêöèþ äâèæóùóþñÿ ÷àñòü (ïðîîáðàç ïîäâèæíîé êàðåòêè áóäóùèõ íàñòîëüíûõ êàëüêóëÿòîðîâ) è ðó÷êó, ñ
ïîìîùüþ êîòîðîé ìîæíî áûëî êðóòèòü ñòóïåí÷àòîå êîëåñî
èëè — â ïîñëåäóþùèõ âàðèàíòàõ ìàøèíû — öèëèíäðû, ðàñïîëîæåííûå âíóòðè àïïàðàòà

Æîçåô-Ìàðè Æàêêàð
(1775—1834)

Ðàçâèòèå âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ñâÿçàíî ñ ïîÿâëåíèåì
ïåðôîðàöèîííûõ êàðò è èõ ïðèìåíåíèåì. Ïîÿâëåíèå æå ïåðôîðàöèîííûõ êàðò ñâÿçàíî ñ òêàöêèì ïðîèçâîäñòâîì. Â 1804 ã. èíæåíåð Æîçåô-Ìàðè Æàêêàð ïîñòðîèë ïîëíîñòüþ àâòîìàòèçèðîâàííûé ñòàíîê (ñòàíîê Æàêêàðà), ñïîñîáíûé âîñïðîèçâîäèòü
ñëîæíåéøèå óçîðû. Ðàáîòà ñòàíêà ïðîãðàììèðîâàëàñü ñ ïîìîùüþ êîëîäû ïåðôîêàðò, êàæäàÿ èç êîòîðûõ óïðàâëÿëà îäíèì õîäîì ÷åëíîêà. Ïåðåõîä ê íîâîìó ðèñóíêó ïðîèñõîäèë çàìåíîé
êîëîäû ïåðôîêàðò

1.1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ïðèáîðû, èñòîðèÿ âîïðîñà
9

Ïðîäîëæåíèå òàáë. 1.1

Àâòîðû è èçäåëèÿ
Õðîíîëîãèÿ è îïèñàíèå (êîììåíòàðèé)

×àðëüç Áýááèäæ
(1791—1871)

Àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà
×. Áýááèäæà

Îí îáíàðóæèë ïîãðåøíîñòè â òàáëèöàõ ëîãàðèôìîâ Íåïåðà,
êîòîðûìè øèðîêî ïîëüçîâàëèñü ïðè âû÷èñëåíèÿõ àñòðîíîìû,
ìàòåìàòèêè, øòóðìàíû äàëüíåãî ïëàâàíèÿ. Â 1821 ã. ïðèñòóïèë ê
ðàçðàáîòêå ñâîåé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû, êîòîðàÿ ïîìîãëà áû
âûïîëíèòü áîëåå òî÷íûå âû÷èñëåíèÿ.  1822 ã. áûëà ïîñòðîåíà
ðàçíîñòíàÿ ìàøèíà (ïðîáíàÿ ìîäåëü), ñïîñîáíàÿ ðàññ÷èòûâàòü
è ïå÷àòàòü áîëüøèå ìàòåìàòè÷åñêèå òàáëèöû. Ýòî áûëî î÷åíü
ñëîæíîå, áîëüøîå óñòðîéñòâî è ïðåäíàçíà÷àëîñü äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî âû÷èñëåíèÿ ëîãàðèôìîâ. Ðàáîòà ìîäåëè îñíîâûâàëàñü
íà ïðèíöèïå, èçâåñòíîì â ìàòåìàòèêå êàê «ìåòîä êîíå÷íûõ ðàçíîñòåé»: ïðè âû÷èñëåíèè ìíîãî÷ëåíîâ èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî
îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ è íå âûïîëíÿåòñÿ óìíîæåíèå è äåëåíèå, êîòîðûå çíà÷èòåëüíî òðóäíåå ïîääàþòñÿ àâòîìàòèçàöèè.  ïîñëåäóþùåì îí ïðèøåë ê èäåå ñîçäàíèÿ áîëåå ìîùíîé — àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû. Îíà íå ïðîñòî äîëæíà áûëà ðåøàòü ìàòåìàòè÷åñêèå çàäà÷è îïðåäåëåííîãî òèïà, à âûïîëíÿòü ðàçíîîáðàçíûå
âû÷èñëèòåëüíûå îïåðàöèè â ñîîòâåòñòâèè ñ èíñòðóêöèÿìè, çàäàâàåìûìè îïåðàòîðîì. Ïî çàìûñëó ýòî áûë ïåðâûé óíèâåðñàëüíûé ïðîãðàììèðóåìûé êîìïüþòåð. Àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà â
ñâîåì ñîñòàâå äîëæíà áûëà èìåòü òàêèå êîìïîíåíòû, êàê «ìåëüíèöà» (àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî ïî ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè) è «ñêëàä» (ïàìÿòü). Èíñòðóêöèè (êîìàíäû) ââîäèëèñü â
àíàëèòè÷åñêóþ ìàøèíó ñ ïîìîùüþ ïåðôîêàðò (èñïîëüçîâàëàñü
èäåÿ ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ Æàêêàðà ñ ïîìîùüþ ïåðôîêàðò). Øâåäñêèé èçäàòåëü, èçîáðåòàòåëü è ïåðåâîä÷èê Ïåð Ãåîðã
Øîéö, âîñïîëüçîâàâøèñü ñîâåòàìè Áýááèäæà, ïîñòðîèë âèäîèçìåíåííûé âàðèàíò ýòîé ìàøèíû. Â 1855 ã. ìàøèíà Øîéöà áûëà
óäîñòîåíà çîëîòîé ìåäàëè íà Âñåìèðíîé âûñòàâêå â Ïàðèæå.
 äàëüíåéøåì îäèí èç ïðèíöèïîâ, ëåæàùèõ â îñíîâå èäåè àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, — èñïîëüçîâàíèå ïåðôîêàðò — íàøåë âîïëîùåíèå â ñòàòèñòè÷åñêîì òàáóëÿòîðå, ïîñòðîåííîì àìåðèêàíöåì Ãåðìàíîì Õîëëåðèòîì (äëÿ óñêîðåíèÿ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ â ÑØÀ â 1890 ã.)

Îãàñòà Àäà Áàéðîí
(ãðàôèíÿ Ëàâëåéñ)
(1815—1852)

Ãðàôèíÿ Îãàñòà Àäà Ëàâëåéñ, äî÷ü ïîýòà Áàéðîíà, ñîâìåñòíî ñ ×. Áýááèäæåì ðàáîòàëà íàä ñîçäàíèåì ïðîãðàìì äëÿ åãî
ñ÷åòíûõ ìàøèí. Åå ðàáîòû â ýòîé îáëàñòè áûëè îïóáëèêîâàíû â
1843 ã. Îäíàêî â òî âðåìÿ ñ÷èòàëîñü íåïðèëè÷íûì äëÿ æåíùèíû
èçäàâàòü ñâîè ñî÷èíåíèÿ ïîä ïîëíûì èìåíåì, è Ëàâëåéñ ïîñòàâèëà íà òèòóëå òîëüêî ñâîè èíèöèàëû.
 ìàòåðèàëàõ Áýááèäæà è êîììåíòàðèÿõ Ëàâëåéñ íàìå÷åíû òàêèå ïîíÿòèÿ, êàê «ïîäïðîãðàììà» è «áèáëèîòåêà ïîäïðîãðàìì», «ìîäèôèêàöèÿ êîìàíä» è «èíäåêñíûé ðåãèñòð», êîòîðûå ñòàëè óïîòðåáëÿòüñÿ òîëüêî â 50-õ ãã. XX â. Ñàì òåðìèí
«áèáëèîòåêà» áûë ââåäåí Áýááèäæåì, à òåðìèíû «ðàáî÷àÿ
ÿ÷åéêà» è «öèêë» ïðåäëîæèëà À. Ëàâëåéñ. «Ìîæíî ñ ïîëíûì

10
Ãëàâà 1. Âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà è ìàøèíû...

Ïðîäîëæåíèå òàáë. 1.1

К покупке доступен более свежий выпуск Перейти