Раздел 12 КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ И ЕЕ РОЛЬ В СТАНКОСТРОЕНИИ

Закладка фундамента компьютерной революции происходила медленно и далеко не гладко. Отправной точкой этого процесса можно считать изобретение счетов, сделанное более 1500 лет назад, по-видимому, в странах Средиземноморья. Вплоть до ХVII в., ознаменовавшегося невиданным подъемом творческой мысли, счеты как вычислительный инструмент оставались практически вне конкуренции. Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи. Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г.).

Заметный след в истории оставило изобретение Джоном Непером логарифмов, о чем сообщалось в публикации 1614 г. Его таблицы, расчет которых требовал очень много времени, позже были «встроены» в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, – логарифмическую линейку. Она была создана в конце 20-х годов ХVII в. В 1617 г. Непер придумал и другой способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название «костяшки Непера», состоял из набора сегментированных стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что, складывая числа в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах, получали результат их умножения.

Суммирующая машина Паскаля, «паскалина», представляла собой механическое устройство – ящик с многочисленными шестеренками.

В 1672 г., находясь в Париже, Лейбниц познакомился с голландским математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом. Видя, как много вычислений приходится делать астроному, он решил изобрести механическое устройство, которое облегчило бы расчеты. «Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины», – заметил Лейбниц.

В 1673 г. он изготовил механический калькулятор. «Арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница – двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик.

Лейбниц заложил также основы двоичной системы счисления, которая позднее нашла применение в автоматических вычислительных устройствах.

Технология вычислений при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, который разделил численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, приведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой.

Чарльзом Беббиджем был разработан проект аналитической машины – механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств – арифметическое (АУ), запоминающее (ЗУ), управления, ввода (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений: сложение и вычитание за 1 с., умножение и деление – за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода. Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы были составлены Адой Августой Лавлейс – дочерью Байрона.

Были изготовлены отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости построить не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50 тыс. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Беббидж. Гениальную идею Беббиджа осуществил Говард Айкен, американский ученый, создавший в 1944 г. первую в США релейно-механическую ВМ – Марк – I. Ее основные блоки – арифметики и памяти были использованы на зубчатых колесах! Если Беббидж намного опередил свое время, то Айкен, использовал все те же зубчатые колеса, т.е. в техническом плане при реализации идеи Беббиджа использовал устаревшие решения. Еще десятью годами ранее, в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать (у себя дома) цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием – впервые в мире! – двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала! Она была двоичной, 22-х разрядной, с плавающей запятой, с памятью на 64 числа и все это на чисто механической (рычажной) основе! В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной ВМ, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

Пионерами электроники оказались и англичане – в 1942-43 гг. в Англии была создана (с участием Алана Тьюринга) ВМ «Колос». В ней было 2 тыс. электронных ламп! Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта.

Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили почти одновременно, в 1949-1952 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, ЭДСАК, 1949 г. Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман ЭДВАК, 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.

профессор А. Н. Соков откликнулся статьей с провидческим названием «Мыслительная машина» (журнал «Вокруг света», № 18, 1914 г.), в которой написал: «Если мы имеем арифмометры, складывающие, вычитающие, умножающие миллионные числа поворотом рычага, то, очевидно, время требует иметь логическую машину, способную делать логические выводы и умозаключения одним нажиманием соответствующих клавиш. Это сохранит массу времени, оставив человеку область творчества, гипотез, фантазии, вдохновения – душу жизни».

«Машина логического мышления» А. Н. Щукарева представляла собой ящик высотой 40, длиной – 25 и шириной 25 см. В машине имелись 16 штанг, приводимых в движение нажатием кнопок, расположенных на панели ввода исходных данных (смысловых посылок). Кнопки воздействовали на штанги, те на световое табло, где высвечивался (словами) конечный результат (логические выводы из заданных смысловых посылок).

Главное, что сделал Щукарев, заключалось в том, что он, в отличие от Джевонса и Хрущева, видел в машине не просто школьное пособие, а представлял ее своим слушателям как техническое средство механизации формализуемых сторон мышления.

Немногим более 50 лет прошло с тех пор, как появилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин.

Что же является определяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению?

Это, прежде всего, их элементная база (из каких основных элементов они построены). Элементной базой машин первого поколения были электронные лампы – диоды и триоды, ЭВМ второго поколения – полупроводниковые элементы, ЭВМ третьего поколения - интегральные схемы (ИС), ЭВМ четвертого поколения – большие интегральные схемы (БИС).

Как же обстоит дело с разработкой и производством электронно-вычислительных машин?

В 1975 г. американцы оценивали отставание бывшего СССР от США в развитии микроэлектроники в 8–10 лет.

Изучив в 1979 г. образцы советских схем, они уже говорили о

2–3 годах.

В январе 1981 г. известный журнал «Электроникс» писал, что техническая база и квалификация технологов позволяют Советскому Союзу изготавливать интегральные схемы не хуже американских, а для «сугубо собственных нужд и более совершенные»

В СССР были созданы ЭВМ, которые вполне сопоставимы с зарубежными аналогами. Значительно расширилось применение вычислительной техники. Так, еще в СССР был испытан образец супер-ЭВМ производительностью до 100 млн. операций в секунду. Введена в действие мощная вычислительная система с производительностью до 125 млн операций в секунду. Все это задел, который должен был привести к серийному производству супер-ЭВМ производительностью 1 млрд операций в секунду к 1990 г. и до 100 млрд операций в секунду – к 1995 году.

Доля современного производства электроники во всем общественном продукте развитых стран сейчас составляет десятую часть. У нас же – малые доли процента. Сложность ситуации заключается в том, что в данной области мы отстаем не только по объему и абсолютному приросту, но также и по темпам.

Вопросы для текущего контроля знаний по дисциплине ИИД

1. Укажите наиболее древний метод обработки материалов

2. Укажите наиболее современный метод обработки материалов

3. Какой метод обработки резанием является наиболее древним

4. Какой метод обработки резанием является наиболее современным

5. Когда и в связи с какой задачей появились металлорежущие станки

6. Из каких металлов впервые изготавливали детали, применяя токарную обработку

7. Появление какой детали (узла) в конструкции станка означало создание металлорежущего станка

8. Какая деталь (узел) токарного станка является наиболее древней

9. Какая деталь (узел) токарного станка является наиболее современной

10. Какая деталь (узел) сверлильного станка является наиболее древней

11. Какая деталь (узел) сверлильного станка является наиболее современной

Студенты должны сформулировать ответы на заданные вопросы в кратчайшее время на занятии, а затем сравнить свои ответы с базовыми ответами, расположенными ниже по тексту.

Если ответы на вопросы не совпадают по смыслу, то студент имеет право доказать правильность своего ответа в дискуссии, в которой могут принять участие все желающие.

Ответы на вопросы для текущего контроля знаний по дисциплине ИИД