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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
計算機。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト コンピューティング操作の機械化と機械化は、XNUMX 世紀の XNUMX/XNUMX の基本的な技術的成果の XNUMX つです。 最初の紡績機の登場が XNUMX ～ XNUMX 世紀の大産業革命の始まりであったように、電子コンピューターの作成は、XNUMX 世紀後半の壮大な科学、技術、情報革命の前兆となりました。 . この重要な出来事の前には、長い先史時代がありました。 計算機を組み立てる最初の試みは XNUMX 世紀には早くも行われ、そろばんや口座などの最も単純な計算装置は、古代と中世のさらに早い時期に登場しました。
自動計算装置は機械の属に属しますが、旋盤や織機などの工業用機械と同等に配置することはできません。それらとは異なり、物理的な素材 (糸や木製のブランク) を使用しないためです。しかし、数によって自然界に存在しない理想的なもので。 したがって、あらゆるコンピューティング マシンの作成者 (それが最も単純な加算マシンであろうと最新のスーパーコンピューターであろうと) は、他の技術分野の発明者には生じない特定の問題に直面します。 それらは次のように定式化できます。 1. 初期数値データの入力方法は？ 2.算術演算のパフォーマンスをシミュレートする方法は? 3. 入力データと計算結果を電卓に提示するにはどうすればよいですか? これらの問題を最初に克服したのは、有名なフランスの科学者で思想家のブレーズパスカルでした。 算数のルールさえ知らない人でも18つの基本的なアクションを実行できる特別なマシンの作成に取り組み始めたとき、彼はXNUMX歳でした。 彼の仕事を目撃したパスカルの妹は後で書いた：「この仕事は私の兄弟を疲れさせたが、精神活動の緊張のためではなく、メカニズムのためではなく、その発明は彼に多くの努力を引き起こさなかったが、彼を理解するのは難しい。」 そして、これは驚くべきことではありません。 正確なメカニズムが生まれたばかりで、パスカルが要求した品質は彼のマスターの能力を超えていました。 したがって、発明者自身が、マスターの資格に応じて、興味深いが複雑なデザインを変更する方法について、ファイルとハンマーまたはパズルを取り上げなければならないことがよくありました。
機械の最初の実用モデルは 1642 年に完成しました。 彼女はパスカルを満足させず、彼はすぐに新しいものを設計し始めました。 「私は節約しませんでした」と彼は後に彼の車について次のように書いています。 」 最後に、50年に、彼の努力は完全な成功を収めました-パスカルはあらゆる点で彼を満足させる車を組み立てました. この歴史上最初のコンピュータは何で、上記の課題はどのように解決されたのでしょうか? 機械のメカニズムは、軽い真鍮の箱に収められていました。 その上蓋には 8 つの丸い穴があり、それぞれの周りに円形の目盛りが付けられていました。 一番右の穴の目盛りは12等分、その隣の穴の目盛りは20等分、残りの1つの穴は1進数で割りました。 このような目盛りは、当時のフランスの主要な通貨単位であるリーブルの分割に対応していました。20 スー = 1/1 リーブル、12 デニール = XNUMX/XNUMX スー。 穴には、トップカバーの平面の下にあるギア設定ホイールが見えました。 各ホイールの歯数は、対応する穴の目盛分割数と同じでした。
数値は以下の方法で入力しました。 各車輪は、それぞれの車軸で互いに独立して回転しました。 回転は、隣接する1つの歯の間に挿入された駆動ピンを使用して実行されました。 ピンは、カバーの下部に固定されていて、ダイヤルの数字「3」の左側にある穴に突き出ている固定ストップに当たるまで、ホイールを回転させました。 たとえば、ピンが歯 4 と 3 の間に配置され、ホイールが完全に回転すると、完全な円の 10/XNUMX 回転します。 各ホイールの回転は、内部機構を介して、軸が水平に配置された円筒形のドラムに伝達されました。 ドラムの側面には数字の列が施されていました。 合計が9を超えない場合、数値の加算は非常に単純であり、それらに比例する角度の加算に対応していました。 大きな数を足すときは、XNUMXを一番上の桁に転送するという操作をしなければなりませんでした。 コラムやそろばんを数える人は、頭の中でそれを行うべきです。 パスカルのマシンは自動的に転送を実行しました、そしてこれはその最も重要な際立った特徴でした。 同じカテゴリに属する機械の要素は、調整ホイールN、デジタルドラムI、およびカウンターであり、XNUMXつのクラウンホイールB、XNUMXつのギアホイールK、およびXNUMXを送信するためのメカニズムで構成されていました。
ホイール B1、B2、および K は、機械の動作にとって基本的に重要ではなく、設定ホイール N の動きをデジタルドラム I に伝達するためにのみ使用されることに注意してください。しかし、ホイール B3 および B4 は、したがって、「カウントホイール」と呼ばれていました。 1 つの隣接するカテゴリ A2 と A1 の計数ホイールは、車軸にしっかりと取り付けられていました。 パスカルが「スリング」と呼んだテンを送信するための機構には、次のような装置がありました。 パスカル機のジュニアグレードのカウントホイールB1にはロッドC1があり、軸A1が回転すると、2つの膝レバーD1の端にあるフォークMの歯とかみ合いました。 このレバーは、シニア カテゴリーの A1 軸上で自由に回転し、フォークにはスプリング式の爪が付いていました。 軸 A6 の回転中に、ホイール B1 が数字の 9 に対応する位置に到達すると、ロッド C0 がフォークの歯と噛み合い、2 から 2 に移動した瞬間にフォークが滑り落ちました。婚約し、自重の作用で倒れ、犬を引きずりました。 後者は同時に、最上位のカウントホイールB36を1ステップ前方に押しました（つまり、軸AXNUMXに沿ってXNUMX度回転させました）。 斧の形をした歯で終わったレバーHは、フォークが上がったときにホイールBXNUMXが反対方向に回転するのを防ぐフックの役割を果たしました。 転送機構は、計数ホイールの一方向の回転でのみ作動し、ホイールを反対方向に回転させて減算操作を実行することはできませんでした。 したがって、パスカルは減算を小数補数を使用した加算に置き換えました。 たとえば、532 から 87 を引く必要があるとします。加算方法は、次のアクションにつながります: 532-87=532-(100-13)=(532+13)-100=445。 ただ、100 を引くことを覚えておく必要があります。ただし、特定の桁数のマシンでは、これについて心配することはできませんでした。 実際、532 ビット マシンで 87-000532 を引きましょう。 次に、999913+1000445=XNUMX です。 しかし、XNUMX番目のカテゴリからの転送は行き場がないため、最初のユニットはそれ自体で失われます。 乗算も加算に帰着します。 したがって、たとえば 365 に 132 を掛けたい場合は、加算演算を XNUMX 回実行する必要があります。 365 しかし、パスカルのマシンはそのたびに新しい用語を導入したため、この算術演算を実行するためにそれを使用することは非常に困難でした. コンピューター技術の発展の次の段階は、有名なドイツの数学者ライプニッツの名前に関連付けられています。 1672 年、ライプニッツはオランダの物理学者で発明家のホイヘンスを訪ね、さまざまな数学的計算によって彼がどれだけの時間と労力を費やしているかを目の当たりにしました。 その後、ライプニッツは足し算機を作るというアイデアを思いつきました。 「そのような素晴らしい人々が、奴隷のように、機械を使用する人なら誰にでも任せることができる計算作業に時間を浪費するのはふさわしくありません」と彼は書いています。 しかし、そのような機械の作成には、ライプニッツのすべての創意工夫が必要でした。 彼の有名な 12 桁の加算機は 1694 年に登場したばかりで、費用は 24000 ターラーでした。 機械のメカニズムは、ライプニッツが発明した段付きローラーに基づいていました。これは、さまざまな長さの歯が適用されたシリンダーでした。 12 ビットの加算機では、そのようなローラーが 12 個ありました。数字の各桁に XNUMX つずつです。
アリスモメーターは、固定部分と可動部分の 12 つの部分で構成されていました。 メインのXNUMXビットカウンターと入力デバイスの段付きローラーは固定されたものに配置されました。 この装置の取り付け部分は、XNUMX つの小さなデジタル円で構成されており、機械の可動部分にありました。 各円の中心には車軸があり、その上にギアホイールEが機械のカバーの下に取り付けられ、矢印がカバーの上に取り付けられ、車軸と一緒に回転しました。 矢印の端は、任意の数の円に対して設定できます。
マシンへのデータ入力は、特別なメカニズムを使用して実行されました。 段付きローラーSは、歯付きラックタイプのネジで0面軸に取り付けられました。 このレールは、円周上に数字 1、9 ... 360 が適用された 0 個の歯車 E と噛み合っていました。 カバーのスロットに1つまたは別の数字が現れるようにこのホイールを回すと、段付きローラーがメインカウンターの歯車Fの軸と平行に移動します。 その後、ローラーが9度回転すると、XNUMXつ、XNUMXつなどがホイールFにかみ合いました。 シフトの大きさに応じて、最長のステップ。 したがって、車輪 F は XNUMX、XNUMX...XNUMX 回転します。 ディスクまたはローラーRも回転し、ローラーの次の回転で、同じ数が再びカウンターに転送されました。 パスカルとライプニッツの計算機、および XNUMX 世紀に登場した他の計算機は、広く使用されていませんでした。 それらは複雑で高価であり、そのような機械に対する一般のニーズはまだそれほど深刻ではありませんでした。 しかし、生産と社会が発展するにつれて、特にさまざまな数学的表を編集するときに、そのような必要性がますます感じられるようになりました. XNUMX 世紀末から XNUMX 世紀初頭にかけて、ヨーロッパでは算術、三角法、対数表が普及しました。 銀行と金融機関は利率表を使用し、保険会社は死亡率表を使用しました。 しかし、天文台と航海台帳は絶対に例外的な重要性を持っていました (特に「偉大な海洋大国」であるイングランドにとって)。 当時、天体の位置に関する天文学者の予測は、船員が公海上で船の位置を特定できる唯一の手段でした。 これらの表は、毎年発行される「海洋カレンダー」に含まれていました。 各エディションには、数十から数百のカウンターの膨大な労力が必要でした。 言うまでもなく、これらの表をコンパイルする際にミスを避けることがいかに重要であったか。 しかし、まだ間違いがありました。 数百、さらには数千の誤ったデータにも、最も一般的なテーブルである対数テーブルが含まれていました。 これらの表の発行者は、受け取った計算をチェックする校正者の特別なスタッフを維持することを余儀なくされました。 しかし、これは間違いから救われませんでした。 状況は非常に深刻だったため、英国政府は世界で初めて、このような表を作成するための特別なコンピューターを作成しました。 この機械（差計算機と呼ばれる）の開発は、イギリスの有名な数学者で発明家のチャールズ・バベッジに託された。 1822年、実用モデルが作られました。 バベッジの発明の重要性は、彼によって開発された機械計算の方法の重要性と同様に非常に大きいため、差分エンジンの構造について詳しく説明する必要があります。 最初に、単純な例を使用して、Babbage によって提案されたテーブルのコンパイル方法について考えてみましょう。 自然級数 1、2、3 のメンバーの XNUMX 乗の表を計算するとします。
このようなテーブルが列 1 の系列の一部のメンバーに対して既に計算されているとします。結果の値は列 2 に入力されます。後続の各値から前の値を引きます。 最初の差異 (列 3) の連続した値を取得します。 最初の差分で同じ操作を行った後、4 番目の差分 (列 5)、6 番目の差分 (列 6)、そして最後に 24 番目の差分 (列 4) が得られます。 この場合、XNUMX 番目の差は一定であることがわかります。列 XNUMX は同じ数 XNUMX で構成されています。これは偶然ではなく、重要な定理の結果です。関数 (この場合、関数 y (x)=xXNUMX、ここで x は自然数の集合に属します) は n 次の多項式であり、一定のステップを持つテーブルでは、その n 次の差は一定になります。 これで、加算を使用して最初の行に基づいて必要なテーブルを取得できることは簡単に推測できます。 たとえば、開始されたテーブルをもう XNUMX 行続けるには、追加を実行する必要があります。 156 + 24 = 180 590 + 180 = 770 1695 + 770 = 2465 4096 + 2465 = 6561 Babbage の差エンジンは、Pascal のものと同じ 1 進計数ホイールを使用していました。 このようなホイールのセットで構成されるレジスターは、数を表すために使用されました。 多数の自然数を含む 18 を除く表の各列には、独自のケースがありました。 一定の XNUMX 階差分で関数を計算することになっていたため、マシンには全部で XNUMX 個の関数がありました。 各レジスターは、表示される数字の桁数に応じた XNUMX 個のデジタル ホイールと、その他の補助的な目的で回転カウンターとして使用されるいくつかの追加のホイールで構成されていました。 マシンのすべてのレジスタがテーブルの最後の行に対応する値を格納している場合、列2の関数の次の値を取得するには、の加算数に等しい数の加算を順番に実行する必要がありました利用可能な違い。 階差機関への追加はXNUMX段階で行われました。 用語を含むレジスターは、カウントホイールの歯が噛み合うようにシフトされました。 その後、レジスターのXNUMXつのホイールは、それぞれがゼロに達するまで反対方向に回転しました。 この段階は追加段階と呼ばれていました。 この段階の終わりに、9 番目のレジスタの各桁で、この桁の桁の合計が取得されましたが、これまでのところ、桁から桁への転送の可能性は考慮されていません。 移管は移管フェーズと呼ばれる次の段階で行われ、このように行われました。 0 から 9 への加算フェーズでの各ホイールの移行中に、この放電で特別なラッチが解放されました。 転送フェーズでは、すべてのラッチが特別なレバーによって元の位置に戻され、同時に次に高いランクのホイールが0ステップ回転しました。 このような回転ごとに、数字の XNUMX つで XNUMX から XNUMX への遷移が発生し、ラッチが解放され、ラッチが再び元の位置に戻り、次の数字に転送されます。 このように、レジスタの最下位桁から開始して、所定の位置へのラッチの復帰が順次発生した。 このようなシステムは、逐次転送による追加と呼ばれます。 他のすべての算術演算は加算によって実行されました。 減算するとき、カウントホイールは反対方向に回転します (パスカルのマシンとは異なり、バベッジの差マシンはこれを可能にしました)。 乗算は逐次加算に削減され、除算は逐次減算に削減されました。 説明されている方法は、多項式の計算だけでなく、対数や三角関数などの他の関数にも使用できますが、多項式とは異なり、厳密に一定の先行差はありません。 ただし、これらすべての関数は、無限級数、つまり単純な多項式として表す (展開する) ことができ、任意の時点でのそれらの値の計算は、既に検討した問題に還元できます。 たとえば、sin x と cos x は無限多項式として表すことができます。
これらの展開は、0からp / 4（p / 4 = 3、14 / 4 = 0）までのすべての関数値に非常に高い精度で当てはまります。 p / 785より大きいxの値の場合、展開の形式は異なりますが、これらのセクションのそれぞれで、三角関数はある種の多項式として表すことができます。 計算で考慮される一連の項のペアの数は、取得する精度によって異なります。 たとえば、精度要件が小さい場合は、シリーズの最初の4つまたは2つの項に制限し、残りを破棄することができます。 ただし、より多くの項を取り、任意の時点で任意の精度で関数の値を計算できます。 （1！=2•2= 3; 1！=2•3•6= 4; 1！=2•3•4•24= XNUMXなどに注意してください）したがって、任意の関数の値の計算バベッジによって、XNUMXつの単純な算術演算（加算）に削減されました。 さらに、関数のあるセクションから別のセクションに移動するときに、差分の値を変更する必要がある場合、差分エンジン自体が呼び出しを行いました（一定の計算ステップが完了した後に呼び出されました）。 差分エンジンを作成しただけで、バベッジはコンピューティングの歴史に名を残したでしょう。 しかし、彼はそこで止まらず、はるかに複雑な設計、つまり分析エンジンの開発を開始しました。これは、すべての現代のコンピューターの直接の前身となりました。 彼女の専門は何ですか？ 事実は、差のマシンは、本質的に、依然として複雑な追加マシンのままであり、その作業のために、計算のスキーム全体（プログラム）を頭の中に保ち、マシンのアクションを1834つのパスに沿って指示する人物の絶え間ない存在を必要としていました。または別。 この状況が計算の実行に一定のブレーキをかけたことは明らかです。 XNUMX 年頃、バベッジは次のような考えを思いつきました。計算のさらなるパスを選択しますか?」 本質的に、これはプログラム制御されたマシンの作成を意味しました。 以前はオペレーターの頭の中にあったプログラムは、事前に機械に入力してその操作を制御する一連の単純で明確なコマンドに分解する必要がありました。 そのようなコンピューターを作成しようとした人はいませんでしたが、ソフトウェア制御デバイスのアイデアは当時すでに実現していました。 1804年、フランスの発明家ジョセフ・ジャカードがコンピューター制御の織機を発明。 その仕事の原則は次のとおりでした。 ご存知のように、生地は互いに垂直な糸を織り合わせたものです。 この織りは織機で行われ、たて糸（縦方向）が目（ワイヤーループの穴）に通され、横方向の糸がシャトルを使用して特定の順序でこの縦糸に引っ張られます。 最も単純な織りでは、ループが XNUMX つを介して上昇し、ループに通されたたて糸がそれに応じて上昇します。 持ち上げられて所定の位置に残っている糸の間に隙間が形成され、シャトルがその後ろに横糸（横）を引き込みます。 その後、上げたループを下げ、残りを上げます。 より複雑な織りパターンでは、糸をさまざまな組み合わせで持ち上げる必要がありました。 織り手は手作業でたて糸を下げたり上げたりしていましたが、これには通常多くの時間がかかりました。 30年にわたる継続的な作業の後、Jacquardは、穴が開けられた段ボールカードのセット、つまりパンチカードを使用して、特定の法則に従ってループの動きを自動化できるメカニズムを発明しました。 Jacquard のマシンでは、目はパンチ カードの上に置かれた長い針で接続されていました。 穴に遭遇すると、針が上に移動し、その結果、それらに関連付けられた目が上がりました。 穴のない場所で針がカードにかかっていた場合、それらは所定の位置に留まり、同じようにそれらに接続された目を保持しました。 したがって、シャトルのギャップ、したがって糸の織りパターンは、対応するコントロールカードの穴のセットによって決定されました。 Babbage は、彼の分析エンジンでパンチ カードを制御するのと同じ原理を使用することを意図していました。 彼は、1834 年から 1871 年に生涯を終えるまで、ほぼ 200 年間その装置に取り組みましたが、完成させることはできませんでした。 しかし、彼の後には、機械とその個々のコンポーネントの XNUMX 以上の図面があり、彼らの仕事を説明する多くの詳細なメモが添えられていました。 これらの資料はすべて非常に興味深いものであり、テクノロジーの歴史における科学的先見の最も驚くべき例の XNUMX つです。 Babbage 氏によると、分析エンジンには XNUMX つのメイン ブロックが含まれている必要がありました。
バベッジが「ミル」と呼んだ最初の装置は、XNUMX つの基本的な算術演算を実行するように設計されていました。 XNUMX 番目のデバイスである「倉庫」は、数値 (初期、中間、および最終結果) を保存するためのものでした。 最初の数値は算術ユニットに送られ、そこから中間結果と最終結果が得られました。 これら XNUMX つのブロックの主な要素は、XNUMX 進計数ホイールのレジスターでした。 それらのそれぞれは、XNUMX の位置のいずれかに設定できるため、小数点以下 XNUMX 桁を「記憶」できます。 マシンのメモリには、それぞれ 1000 個の数値ホイールを備えた 50 個のレジスタが含まれている必要がありました。つまり、1000 個の 50 桁の数字を格納できます。 実行される計算の速度は、デジタル ホイールの回転速度に直接依存していました。 Babbage は、1 つの XNUMX ビット数の加算に XNUMX 秒かかると想定しました。 数値をメモリから演算装置に、またはその逆に転送するには、車輪の歯とかみ合うギアラックを使用することになっていました。 各レールは、ホイールがゼロ位置になるまで移動しました。 動きはロッドとリンクによって演算装置に伝達され、そこで別のレールを使用してレジスターホイールの XNUMX つを目的の位置に移動させました。 分析エンジンの基本的な操作は、差分と同様に足し算であり、残りは足し算に還元されました。 多くの歯車を回すには大きな外力が必要で、バベッジは蒸気機関を使ってこの力を得ようとしました。 操作の順序、操作が実行された番号の転送、および結果の出力を制御するXNUMX番目のデバイスは、構造的にXNUMXつのジャカードパンチカードメカニズムでした。 Babbage のパンチ カードは、Jacquard のパンチ カードとは異なります。Jacquard のパンチ カードは、生地製造プロセスで糸を持ち上げて目的のパターンを得るという XNUMX つの操作のみを制御していました。 分析エンジンの管理にはさまざまな種類の操作が含まれており、それぞれに特殊な種類のパンチ カードが必要でした。 Babbage は、パンチ カードの XNUMX つの主なタイプを特定しました。操作 (または操作カード)、変数 (または変数カード)、および数値です。 操作用のパンチカードがマシンを制御しました。 それらにノックアウトされたコマンドによると、算術装置にあった数値の加算、減算、乗算、および除算が行われました。 Babbage の最も先見の明のあるアイデアの XNUMX つは、操作可能なパンチ カードのシーケンスによって与えられるコマンド セットに条件分岐コマンドを導入することでした。 プログラム制御 (条件付きジャンプを使用しない) だけでは、複雑な計算作業を効率的に実装するには不十分です。 操作の線形シーケンスは、すべてのポイントで厳密に定義されています。 この道は最後まで詳細に知られています。 「条件付きジャンプ」の概念は、特定の条件が以前に満たされた場合に、コンピューターがプログラムの別のセクションに遷移することを意味します。 条件付き分岐命令を使用する機会があったため、コンピューター プログラムのコンパイラーは、計算コースの選択に影響を与える属性が計算のどの段階で変化するかを知る必要がありませんでした。 条件付き遷移を使用することで、道路の各分岐点で現在の状況を分析し、これに基づいて、XNUMX つまたは別のパスを選択することが可能になりました。 条件付きコマンドは、数値の比較、必要な数値の選択、数値の符号の決定など、非常に異なる形式を持つことができます。 マシンは算術演算を実行し、受信した数値を互いに比較し、これに従ってさらに演算を実行しました。 したがって、マシンはプログラムの別の部分に移動したり、コマンドの一部をスキップしたり、プログラムの一部の実行に戻ったり、つまりサイクルを編成したりできます。 条件付き分岐命令の導入は、機械での計算だけでなく、論理演算の使用の始まりを示しました。
XNUMX 番目のタイプのパンチカードである変数 (または、バベッジの用語では「変数のカード」) の助けを借りて、数値はメモリと演算装置の間で転送されました。 これらのカードには数字そのものは示されておらず、メモリレジスター、つまりXNUMXつの数字を格納するためのセルの数のみが示されていました。 Babbage はメモリ レジスタを「変数」と呼び、レジスタに格納されている数値に応じてレジスタの内容が変化することを示しました。 Babbage の分析エンジンは、1 種類の変数マップを使用しました。数値を算術ユニットに転送してさらにメモリに格納するため、同様の操作でメモリに格納せずに格納するため、およびメモリに数値を入力するためです。 それらは次のように呼ばれます：2）「ゼロマップ」（番号はメモリレジスタから呼び出され、その後ゼロ値がレジスタに設定されます）; 3) 「カードの保存」(番号は、レジスタの内容を変更せずにメモリから呼び出されます); ３）「受信カード」（数字は算術ユニットからメモリに転送され、レジスタの１つに書き込まれる）。 マシンが稼働しているとき、操作可能なパンチ カードごとに平均 XNUMX 枚の可変カードがありました。 それらは、XNUMX つの元の数値が格納されたメモリ セル (現代の用語ではアドレス) の数と、結果が書き込まれたセルの数を示していました。
数字のパンチカードは、分析機のパンチカードの主なタイプを表しています。 彼らの助けを借りて、特定の問題を解決するための最初の数値と、計算の過程で必要になる可能性のある新しいデータが入力されました。 提案された計算を実行した後、マシンは別のパンチカードへの答えをノックアウトしました。 オペレーターはこれらのパンチカードを番号順に追加し、後で作業に使用しました（いわば、彼女の外部メモリでした）。 たとえば、計算の過程でマシンが対数 2303 の値を必要とするとき、マシンはそれを特別なウィンドウに表示して呼び出しを行いました。 オペレータは、この対数の値を持つ必要なパンチ カードを見つけて、マシンに入力しました。 「すべてのカード」とバベッジは書いています。時間が経つにつれて、マシンは独自のライブラリを持つようになります。 XNUMX番目のブロックは、初期番号を受け取り、最終結果を発行することを目的としており、I / O操作を提供するいくつかのデバイスで構成されていました。 オペレーターが最初の数値を機械に入力し、記憶装置に入力し、そこから最終結果を抽出して出力しました。 マシンは、答えをパンチカードに出力したり、紙に印刷したりできます。 結論として、分析エンジンハードウェアの開発がBabbageの名前だけに関連付けられている場合、このマシンでの問題解決のプログラミングは、彼の親友であるLady Ada Lovelaceの娘であることに注意してください。英国の偉大な詩人であるバイロンは、数学が熱心に好きで、複雑な科学的および技術的問題を完全に理解していました。 1842 年、若い数学者メナブレアによる記事がイタリアで出版され、バベッジの解析エンジンが説明されました。 1843 年、Lady Lovelace はこの記事を英語に翻訳し、広範で深遠な解説を加えました。 マシンの操作を説明するために、Lady Lovelace は、ベルヌーイ数を計算するためにコンパイルしたプログラムを記事に添付しました。 彼女の解説は、本質的にプログラミングに関する最初の作品です。 分析エンジンは、非常に高価で複雑なデバイスであることが判明しました。 最初にバベッジの仕事に資金を提供した英国政府はすぐに彼を助けることを拒否したので、彼は仕事を完了することができませんでした. このマシンの複雑さは正当化されましたか? すべてではありません。 Babbage が電気信号を使用した場合、多くの操作 (特に、数値の入出力と、あるデバイスから別のデバイスへの転送) が大幅に簡素化されます。 しかし、彼のマシンは、電気要素を一切持たない純粋な機械装置として考えられていたため、発明者は非常に困難な立場に置かれることがよくありました。 一方、後にコンピューターの主要な要素となった電気機械式リレーは、1831 年にヘンリーとサルヴァトーレ ダル ネグロによって同時に発明されていました。 コンピューター技術における電気機械式リレーの使用は、大量のデータ (国勢調査の結果など) を処理するように設計された一連のデバイスを作成したアメリカの Herman Gollerith の発明にまでさかのぼります。 そのような機械の必要性は非常に大きかった. たとえば、1880 年の国勢調査の結果は、米国で 7 年間処理されました。 このような重要な時間は、カードで尋ねられた質問に対する非常に大きな (5 の見出し) セットの回答を持つ膨大な数のカード (50 万人の住民ごとに 210 枚) を整理する必要があったという事実によって説明されました。 ゴレリスはこれらの問題を直接知っていました。彼自身、人口調査の実施とその結果の処理を担当する統計機関である米国国勢調査局の従業員でした。 カードの分類に多くの作業を行った Gollerith は、このプロセスを機械化するというアイデアを思いつきました。 まず、彼はカードをパンチカードに置き換えました。つまり、鉛筆で答えのオプションをマークする代わりに、穴を開けました。 この目的のために、彼は特別な80列のパンチカードを開発しました。これには、国勢調査中に記録されたXNUMX人の人物に関するすべての情報がパンチの形で適用されました。 （このパンチカードの形は当時からあまり変わっていません。） 通常、XNUMXつの質問に答えるのにXNUMX枚のパンチカードを使用していたため、XNUMX個の回答を記録することができました（たとえば、宗教に関する質問）。 場合によっては (たとえば、年齢に関する質問)、XNUMX つの列を使用して XNUMX の回答を得ることができます。 ゴレリスの 80 番目のアイデアは、最初のアイデアの結果でした。彼は、入力パンチャー (穴をあけるための) と、パンチされたカードを分類するためのデバイスを備えたタブレータを含む、世界初のカウントとパンチの複合体を作成しました。 穿孔は、カード用のレシーバーとパンチ自体を備えた鋳鉄製の本体で構成されるパンチで手動で実行されました。 数列の穴のあるプレートがレシーバーの上に配置されました。 パンチハンドルをそれらの8つに押し付けると、プレートの下のカードが必要な方法でパンチされました. 手のワンタッチで、共通のデータを持つカードのグループを打ち抜く複雑なパンチ。 仕分け機は、ふた付きの箱がいくつか並んでいました。 カードは、一連のスプリング ピンと水銀で満たされたタンクの間に手で押し込まれました。 ピンが穴に落ちると、水銀に触れて電気回路が完成しました。 同時に、とある箱のふたが持ち上げられ、オペレーターはカードをそこに置いた。 タビュレーター（または追加機）は、パンチカードに穴を感じ、それらを対応する数字として取り、数えました。 その動作原理は選別機に似ており、電気機械式リレーの使用に基づいていました（スプリングピンと水銀入りのカップも使用されていました）。 パンチカードの移動中にロッドが穴を通って水銀の入ったカップに落ちると、電気回路が閉じられ、電気信号がカウンターに送信され、カウンターの数値に新しい単位が追加されました。 各カウンターには、穴が検出されたときに 8 スケール単位を移動する矢印付きのダイヤルがありました。 タビュレーターに 1000 個のカウンターがある場合、XNUMX つの質問の結果を同時に計算できます (それぞれの質問に対して XNUMX の可能な回答があります)。 次の XNUMX つの質問の結果を計算するために、同じパンチ カードが別のセクションによってタビュレータに再び渡されました。 XNUMX 回の実行で、XNUMX 時間あたり最大 XNUMX 枚のカードがソートされました。 ゴレリスが 1884 年に取得した最初の (アイデアに関する) 特許。 1887 年、人口死亡表を作成する際に、ボルチモアで彼のマシンがテストされました。 1889 年、このシステムの決定的なテストが行われました。サン ルイス市の 10 つの地区で試験的な国勢調査が行われました。 Gollerith のマシンは、競合する 1890 つの手動システムよりもはるかに優れていました (XNUMX 倍速く動作しました)。 その後、米国政府はゴレリスと XNUMX 年の国勢調査用の機器の供給に関する契約を結びました。 この国勢調査の結果は、集計ツールのおかげで、わずか XNUMX 年で処理されました。 その結果、このマシンはすぐに国際的な認知度を獲得し、多くの国で国勢調査データの処理に使用されました。 1902 年、ゴレリスはカードが手動ではなく自動的に供給される自動集計機を作成し、選別機を近代化しました。 1908 年に、彼は足し算機の根本的に新しいモデルを作成しました。 水銀入りのカップの代わりに、ここでは接触ブラシが使用され、電磁石の電気回路が閉じられました。 後者は、継続的に回転するシャフトとトータライザーカウンターのデジタルホイールとの接続と切断を確実にしました。 デジタル ホイールは、電磁石によって制御されるスライディング ドッグ クラッチを搭載した連続回転シャフトからギアを介して回転しました。 接触ブラシの下に穴が見つかると、対応する電磁石の電気回路が閉じられ、デジタルホイールを回転軸に接続するクラッチがオンになり、その後、このカテゴリのカウンターの内容が増加しました。ホイールの XNUMX 回転に比例する数。 XNUMX の転送は、バベッジの差分エンジンとほぼ同じ方法で実行されました。 ゴレリスが始めた仕事は今日まで続いています。 1896 年に、彼は、ミシン目とパンチ カードの製造を専門とする会社、タブレイティング マシン カンパニーを設立しました。 1911 年、ゴレリスが起業活動をやめた後、彼の会社は他の XNUMX 社と合併し、現在広く知られている世界的な企業である IBM になりました。IBM は、コンピューター技術の分野で最大の開発者です。 ゴレリスのタブレータは、電気機械要素を使用した最初のものでした。 コンピューター技術のさらなる発展は、電気の広範かつ多面的な応用に関連していました。 1938 年、ドイツの技術者であるコンラート・ツーゼは、史上初のリレー式電話リレー電子コンピューター Z1 を作成しました (その中の記録装置は機械的なままでした)。 1939 年には、より高度な Z2 モデルが登場し、1941 年にツーゼは、バイナリ システムを使用したプログラム制御を備えた世界初の動作するコンピューターを組み立てました。 これらのマシンはすべて戦争中に死亡したため、その後のコンピューティングの歴史に大きな影響を与えることはありませんでした。 ツーゼとは関係なく、ハワード・エイケンはアメリカで中継コンピュータの建設に携わっていました。 ハーバード大学の大学院生だったエイケンは、論文の執筆中に多くの複雑な計算を強いられました。 計算作業の時間を短縮するために、彼は特定の問題を自動的に解決するための単純な機械を発明し始めました。 最終的に、彼は幅広い科学的問題を解決できる自動万能コンピューターのアイデアを思いつきました。 1937 年、IBM は彼のプロジェクトに関心を持つようになりました。 エイケンを支援するためにエンジニアのチームが割り当てられました。 すぐにMark-1マシンの建設作業が始まりました。 リレー、カウンター、コンタクト、パンチカードの入出力デバイスは、IBM 製のタブレータの標準部品でした。 1944 年、車は組み立てられ、ハーバード大学に寄贈されました。 「Mark-1」は移行型機のままでした。 数値を表す機械要素と、機械の動作を制御する電気機械要素を広範囲に使用しました。 Babbage の Analytical Engine と同様に、数値は 1 個の歯車からなるレジスタに格納されていました。 合計で、「Mark-72」には60個のレジスタがあり、さらに、機械式スイッチによって形成された24個のレジスタの追加メモリがありました。 定数は、この追加メモリに手動で入力されました。数値は計算中に変更されませんでした。 各レジスターには 23 個のホイールがあり、そのうち XNUMX 個が数字自体を表し、XNUMX 個がその記号を表すために使用されていました。 レジスターには XNUMX を転送するメカニズムがあり、したがって、数値を格納するためだけでなく、それらの操作を実行するためにも使用されました。あるレジスターにある数値を別のレジスターに転送し、そこにある数値に加算 (または減算) することができました。 これらの操作は次のように行った。 レジスターを形成する計数ホイールを連続的に回転するシャフトが通過し、その回転の特定の部分を構成する時間の間、電気機械スイッチの助けを借りて、任意のホイールをこのシャフトに接続できました。 各数字にはブラシ（読み取り接点）が取り付けられており、ホイールが回転すると、固定されたXNUMXセグメントの接点に沿ってブラシが走りました。 これにより、レジスタの特定のビットに格納されている数字の電気的等価物を取得することが可能になりました。 加算操作を実行するために、第 XNUMX レジスターのブラシと第 XNUMX レジスターのスイッチング機構の間に、対応するレジスターの数に比例する回転周期の一部の間、後者のホイールがシャフトに接続されるような接続が確立されました。最初のレジスタの桁。 すべてのスイッチは、ターンオーバー期間の半分以下を占める追加フェーズの終わりに自動的にオフになりました。 加算メカニズム自体は、ゴレライトのタビュレーターの加算器と本質的に異なるわけではありません。 乗算と除算は別のデバイスで実行されました。 さらに、マシンには、sin x、log x、およびその他の関数を計算するための組み込みブロックがありました。 算術演算の平均実行速度: 加算と減算 - 0 秒、乗算 - 3 秒、除算 - 5 秒。 つまり、「Mark-7」は、手動計算機で作業するオペレーター約15人分に相当します。 「Mark-1」の作業は、穴あきテープを使用して入力されたコマンドによって制御されました。 各コマンドは、テープに沿って走る 24 列に穴をあけることによってエンコードされ、接触ブラシを使用して読み取られました。 パンチカードのパンチは、一連のパルスに変換されました。 与えられた行の位置を「プロービング」した結果として得られた電気信号のセットは、与えられた計算ステップでの機械の動作を決定しました。 これらのコマンドに基づいて、制御デバイスはこのプログラムのすべての計算の自動実行を保証しました。メモリセルから数値をフェッチし、必要な算術演算のコマンドを発行し、計算結果をメモリデバイスに送信しました。 エイケンは、出力装置としてタイプライターと穿孔器を使用しました。 マーク 1 の打ち上げに続いて、エイケンと彼のスタッフはマーク 2 の作業を開始し、1947 年に終了しました。 このマシンには機械的なデジタルホイールがなくなり、電気リレーを使用して数字を記憶し、算術演算を実行し、操作を制御しました-合計で13ありました。 「Mark-2」の数値はバイナリ形式で表されていました。 1703 進数体系は、コンピュータで使用するのに最も便利であると考えたライプニッツによって提案されました。 (このテーマに関する論文は 0 年に書かれました。) 彼はまた、1 進数の算術も開発しました。 2901 進法では、私たちが慣れ親しんでいる XNUMX 進法と同じように、各桁の意味はその位置によって決まります。通常の XNUMX 桁のセットの代わりに、XNUMX と XNUMX の XNUMX つだけが使用されます。数値の XNUMX 進表記ですが、まずよく知られている XNUMX 進表記がどのような意味をもつのか見てみましょう。 たとえば、数値 XNUMX は次のように表すことができます。
つまり、2、9、0、1 という数字は、その数字の小数点以下の各桁が何単位であるかを示します。 13 進数の代わりに XNUMX 進数が使用される場合、各桁は XNUMX 進数のそれぞれに含まれる単位の数を示します。 たとえば、数字 XNUMX は XNUMX 進数で次のように記述されます。
9000 進法は非常に面倒ですが (たとえば、14 という数字は 1 桁になります)、算術演算を実行する場合には非常に便利です。 この中の乗算表全体は 1*1=1 という 0 つの等式にまとめられ、加算には次の 0 つのルールしかありません。0) 2+0 は 1 になります。 1) 3+1 は 1 になります。 0) 1+XNUMX は XNUMX を与え、最上位桁に XNUMX を繰り上げます。 たとえば、次のように 01010 +
コンピュータ技術におけるバイナリシステムの承認は、0進数の単純な技術的アナログの存在によるものでした.1つの安定した状態のいずれかになる可能性のある電気リレーで、最初のものはXNUMXに、もうXNUMXつはXNUMXに並んでいました。ある機械装置から別の機械装置への電気インパルスによる XNUMX 進数の送信も非常に便利です。 これを行うには、形状の異なる XNUMX つのパルスだけで十分です (信号がない場合は XNUMX つでもかまいません)。 コンピューターの歴史の黎明期に作成されたリレー マシンは、比較的動作が遅いため、コンピューター テクノロジでは長く使用されませんでした。 機械の計算速度はデジタルホイールの回転速度で決まるように、リレーで構成された回路の動作時間は、リレーが動作してから解放されるまでの時間に等しくなります。 一方、最速のリレーでも 50 秒あたり 2 回以上の動作はできませんでした。 たとえば、Mark-0,125 では、加算と減算に平均 0,25 秒、乗算に XNUMX 秒かかりました。 電気機械リレーの電子アナログ - 真空ランプトリガー - は、はるかに高速でした。 これらは、第 XNUMX 世代のコンピューターの基本要素になりました。
引き金は 1919 年にロシアのエンジニア、ボンチ ブリュエヴィッチによって発明され、アメリカ人のエクルズとジョーダンによって独立して発明されました。 この電子要素には XNUMX つのランプが含まれており、いつでも XNUMX つの安定状態のいずれかになります。 それは電子リレーでした。つまり、制御パルス信号の存在下で、目的のラインまたは電流回路をオンにしました。 電気機械式リレーのように、XNUMX つの XNUMX 進数を表すために使用できます。
1つのシリンダーに配置できる2つの真空管三極管L1とL1で構成される電子リレーの動作原理を考えてみましょう。 アノードＬ１から抵抗Ｒ１を介してグリッドＬ２に供給され、アノードＬ２から抵抗Ｒ２を介してグリッドＬ１に供給される。 トリガーが配置されている位置に応じて、出力で低または高電圧レベルが得られます。 まず、ランプ L2 が開いていて、L2 が閉じていると仮定します。 その場合、開いたランプの陽極の電圧は、閉じたランプの陽極の電圧に比べて小さくなります。 実際、開いたランプ L1 は電流を伝導するため、陽極抵抗 Ra が高いと (オームの法則 u = i • R に従って) 陽極電圧のほとんどが低下し、ランプ自体 (それと直列に接続されている) ではごくわずかな部分だけが低下します。電圧降下の。 逆に、閉じたランプでは、アノード電流はゼロであり、アノード電圧源の全電圧がランプ全体で低下します。 したがって、開いたランプＬ１のアノードから閉じたランプのグリッドへの電圧降下は、閉じたランプＬ２のアノードからグリッドＬ１への電圧降下よりもはるかに少ない。 両方のランプのグリッドに印加される負電圧 Ec は、開いているランプ L2 のアノードからグリッド L1 に印加される小さな正電圧の存在にもかかわらず、最初にランプ L2 が閉じられるように選択されます。 アノードＬ２からグリッドに印加される正電圧がＥｃよりはるかに大きいので、ランプＬ１は最初は開いている。 したがって、抵抗R1とR1を介したランプ間の接続により、初期状態は安定しており、好きなだけ持続します。 ここで、開いているランプ L1 のグリッドに、それを閉じるような大きさの短い電流パルスの形で負の電圧が外部から印加された場合に、回路で何が起こるかを考えてみましょう。 陽極電流ｉ１が減少すると、ランプＬ１の陽極における電圧が急激に増加し、その結果、グリッドＬ２の正電圧が増加する。 これにより、アノード電流ｉ２がランプＬ２を通って現れ、これにより、ランプＬ２のアノード電圧が減少する。 L1グリッドの正電圧を下げると、L1などの電流がさらに減少します。 Ｌ１の電流を減少させ、Ｌ２の電流を増加させるこのようななだれのような成長プロセスの結果として、ランプＬ１が閉じ、ランプＬ２が開く。 したがって、回路は新しい安定した平衡位置に移動し、任意の時間維持されます。入力 2 に適用されたパルスは「記憶」されます。 電子リレーを元の状態に戻すには、入力に負の電圧パルスを印加します。 したがって、トリガーには 2 つの安定した平衡位置があります。L2 が開いて L2 が閉じている最初の状態と、L1 が閉じて L1 が開いているいわゆる「励起」状態です。 トリガーをある状態から別の状態に移行する時間は非常に短いです。 コンデンサ C1 と C2 は、ランプの動作を高速化するのに役立ちます。 真空管を記憶装置として使用するコンピューターのアイデアは、アメリカの科学者ジョン・モークリーに属しています。 30年代に、彼はトリガーでいくつかの単純なコンピューティングデバイスを作成しました。 しかし、初めて、別のアメリカの数学者、ジョン・アタナソフが電子管を使用してコンピューターを作成しました。 彼の車は1942年にすでにほぼ完成していました。 しかし、戦争のため、仕事への資金提供は打ち切られました。 翌年、1943年、ペンシルベニア大学のムーア電気工学部で働いていたときに、モークリーはプレスパーエッカートと共同で、電子コンピューター用の独自のプロジェクトを開発しました。 米国兵器局はこの作業に興味を持ち、ペンシルベニア大学に機械の建設を命じました。 Mauchliが作業の責任者に任命されました。 彼を助けるために、さらに11人のエンジニア（Eckertを含む）、200人の技術者、そして多数の労働者が与えられました。 このチームは、1946年までの135年半の間、「電子デジタル積分器および計算機」であるENIACの作成に取り組みました。 それは巨大な構造で、30平方メートルの面積をカバーし、質量は150トン、エネルギー消費量は18000キロワットでした。 この機械は、1500本の真空管と0本のリレーを含む0028枚のパネルで構成されていました。 しかし、機械的および電気機械的要素の代わりに真空管を使用することで、速度を急激に上げることができました。 ENIACは、乗算に0秒、加算に0002秒しか費やしませんでした。つまり、最先端のリレーマシンよりもXNUMX倍高速に動作しました。 ENIAC 装置の概要は次のとおりです。 11個のトリガーごとにリングに接続され、機械のカウントホイールとして機能するXNUMX進カウンターを形成しました。 このような XNUMX 個のリングと、ストレージ レジスタを形成する数値の符号を表すための XNUMX つのトリガー。 合計で、ENIAC には XNUMX のそのようなレジスタがありました。 各レジスタには、XNUMX を送信するための回路が装備されており、合計と減算を実行するために使用できました。 他の算術演算は特別なブロックで実行されました。 数値は、XNUMX 個の導体のグループ (数値の各小数点以下桁数と符号に対応) を介して、マシンの一部から別の部分に送信されました。 送信された数値の値は、この導体を流れるパルスの数に等しかった。 機械の個々のブロックの動作は、電子機械の対応するブロックを「開いたり閉じたり」する特定の信号のシーケンスを生成するマスター オシレータによって制御されていました。 機械への数字の入力は、パンチカードを使用して行われました。 ソフトウェア制御は、プラグと植字フィールド (スイッチング ボード) によって実行されました。このようにして、マシンの個々のブロックが相互に接続されました。 これは、説明されている設計の重大な欠点の XNUMX つでした。 作業用のマシンを準備するのに数日かかりました - スイッチングボードのブロックを接続しますが、タスクはわずか数分で解決されることもありました. 一般に、ENIAC はまだかなり信頼性が低く、不完全なコンピューターでした。 失敗することも多く、故障の捜索が数日遅れることもありました。 また、このマシンは情報を保存できませんでした。 最後の欠点を解消するために、1944 年に Eckert はメモリに保存されたプログラムのアイデアを提唱しました。 これは、コンピューティングの歴史において最も重要な技術的発見の XNUMX つです。 その本質は、プログラムコマンドを数値コードの形式で提示する必要があることでした。つまり、バイナリシステム（数値など）でエンコードし、マシンに入力して、元の数値とともに保存する必要がありました。 これらのコマンドとそれらを使用した操作を記憶するために、数字を使用したアクションと同様に、同じデバイス、つまりトリガーを使用することになっていました。 メモリから個々のコマンドが抽出されて制御装置に送られ、そこでその内容がデコードされ、メモリから演算装置に数値を転送して演算を実行し、結果をメモリに送り返すために使用されました。 一方、第二次世界大戦の終結後、新しい電子計算機が次々と登場し始めました。 1948 年、英国のキルバーンとマンチェスター大学のウィリアムズは、保存されたプログラムのアイデアが最初に実装された MARK-1 マシンを作成しました。 1947 年に Eckert と Mouchli は自分の会社を設立し、1951 年に UNIVAC-1 マシンの連続生産を開始しました。 1951 年、アカデミックなレベデフによる最初のソビエト コンピューター MESM が登場しました。 最後に、1952 年に、IBM は最初の産業用コンピューターである IBM 701 をリリースしました。 これらのマシンはすべて、その設計において多くの共通点がありました。 ここで、第 XNUMX 世代のすべてのコンピューターの一般的な動作原理について説明します。 ご存知のように、電子コンピューターは物理学、力学、天文学、化学、その他の正確な科学の最も重要な問題を解決するために、数学の応用分野に真の革命をもたらしました。 以前は完全に計算不可能だったこれらのプロセスは、コンピューター上で非常にうまくモデル化されるようになりました。 問題の解決策は、次の一連のステップに縮小されました。1) 研究中のプロセスの物理的、化学的、およびその他の本質の値に基づいて、問題は代数式、微分または積分方程式の形式で定式化されました。その他の数学的関係; 2) 数値的方法を使用して、問題は一連の単純な算術演算に縮小されました。 3）確立された順序でアクションを実行する厳密な順序を決定するプログラムがコンパイルされました。 （コンピューターは、原理的には加算機で作業する人と同じ手順を実行しましたが、数千倍または数万倍高速でした。）コンパイルされたプログラムの命令は、特別なコードを使用して記述されていました。 これらの各コマンドは、マシン側の特定のアクションを決定します。 実行中の操作のコードを除くすべてのコマンドには、アドレスが含まれていました。 通常、それらは1つありました.2つの最初の数字が取得されたメモリセルの数（3番目と17番目のアドレス）と、結果が送信されたセルの番号（25番目のアドレス）です。 したがって、たとえば、コマンド +/32/17/25 は、32 番目と XNUMX 番目のセルの数値を加算し、結果を XNUMX 番目のセルに送信する必要があることを示しています。 ユニキャスト コマンドも使用できます。 この場合、XNUMX つの数値に対して算術演算を実行して結果を送信するには、XNUMX つのコマンドが必要でした。最初のコマンドはメモリから数値の XNUMX つを呼び出し、次のコマンドは XNUMX 番目の数値を呼び出して指定された演算を実行しました。 XNUMX 番目のコマンドは結果をメモリに送信しました。 したがって、コンピューターの作業はプログラムレベルで実行されました。 計算プロセスは次のように進行した。 コンピュータの動作は、論理回路と呼ばれる電子キーとスイッチを使用して制御され、各電子キーは、制御電圧パルス信号を受け取ると、目的の回線または電流回路をオンにしました。 最も単純な電子キーは、グリッドに大きな負の電圧が印加されるとロックされ、正の電圧がグリッドに印加されると開く XNUMX 電極電子ランプである可能性があります。 この場合、その動作は、制御パルス B がその XNUMX 番目の入力に適用されたときにパルス A を通過させる制御バルブとして表すことができます. 電流パルス A または B が XNUMX つだけの場合、バルブは閉じられ、パルスはその出力には渡されません。 したがって、パルス A と B の両方が時間的に一致した場合にのみ、パルスが出力に現れます。 このような回路は、一致回路または論理積回路と呼ばれます。 それに加えて、コンピューターでは他の論理回路のセット全体が使用されます。 たとえば、「OR」回路は、ライン A または B に現れたとき、または両方のラインに同時に現れたときに出力パルスを与えます。 別の論理スキームは、「いいえ」スキームです。 逆に、別の禁止パルスが同時に印加されてランプをブロックすると、パルスがバルブを通過するのを禁止します。 この 1 つの回路を使用して、1 ビット加算器を組み立てることができます。 パルスAとBが「no」回路と「and」回路に同時に送信され、「sum」バス（ワイヤ）が「no」回路に接続され、「carry」バスが「and」回路に接続されているとします。 . パルス (つまり 1 つ) が入力 A で受信され、入力 B で入力が受信されないとします。 次に、「いいえ」は「合計」バスへのパルスを逃し、「アンド」回路はそれを逃しません。つまり、ビットは「0」を読み取ります。これは、バイナリ加算規則に対応します。 入力 A と B が同時にパルスを受信すると仮定します。 これは、番号 A のコードが「1」で、番号 B のコードも「XNUMX」であることを意味します。 「no」回路は XNUMX つの信号を見逃さず、「sum」出力は「XNUMX」になりますが、「and」回路はそれらをスキップし、「transfer」バスにパルス、つまり「XNUMX」が発生します。 」が隣接ビットの加算器に転送されます。 最初のコンピューターでは、トリガーはメモリの主要な要素と算術加算器として機能していました。 私たちが覚えているように、トリガー回路には0つの安定した平衡状態がありました。 ある状態に「1」のコード値を割り当て、別の状態に「0」のコード値を割り当てることにより、トリガーセルを使用してコードを一時的に保存することができました。 加算回路では、トリガーのカウント入力にパルスが適用されると、ある平衡状態から別の平衡状態に移行します。これは、0つの0進数の加算規則（0 + 1 = 1; 1 + 0 = 1; 1 + 1 = 0; XNUMX + XNUMX = XNUMXおよびXNUMXを最上位ビットに転送）。 この場合、トリガーの初期位置は最初の番号のコードと見なされ、適用されたパルスはXNUMX番目の番号のコードと見なされました。 結果はトリガーセルで形成されました。 数桁のXNUMX進数の加算回路を実装するには、特別な回路によって実行された、ある桁から別の桁への単位の転送を確実にする必要がありました。 加算器は、機械の算術演算装置の主要部分でした。 一度にすべての桁の数字コードを並列に加算する加算器には、数字コードに含まれる 1 進数と同じ数の 2 桁の加算器がありました。 加算された数値 A と B はメモリ デバイスから加算器に入り、フリップフロップを使用してそこに格納されました。 レジスタはまた、多数の相互接続されたフリップフロップ T3、T1、T2、T'1、T'2 などから構成され、番号コードがすべての数字に対して記録装置から並列に供給されました。 各フリップフロップには 3 桁のコードが格納されていたため、XNUMX 進数 n 桁の数値を格納するには n 個の電子リレーが必要でした。 レジスタに格納された数字のコードは、桁数に等しい数の加算器SXNUMX、SXNUMX、SXNUMXなどを使用して、各桁ごとに同時に加算されました。 各 XNUMX ビット加算器には XNUMX つの入力がありました。 同じ数字の数字 A と B のコードは、XNUMX 番目と XNUMX 番目の入力に供給されました。 XNUMX 番目の入力は、前の桁から転送コードを送信する役割を果たしました。
あるビットのコードを加算した結果、加算器の出力バスにサムコードが得られ、「転送」バスに次のビットに転送するためのコード「1」または「0」が得られました。 たとえば、5 つの数値 A=0101 (バイナリ コード 3) と B=0011 (バイナリ コード 1) を加算する必要があるとします。 これらの数値を並列に加算すると、コード A2=3、A1=1、A2=0、A3=1 および B4=0、B1=1、B2=1、B3=0 がそれぞれ入力 A4、A0 に適用されました。および加算器の A1。 加算器 S1 で 1 桁目のコードを加算すると、0+1=2 となり、次の桁への転送コード「2」が得られます。 加算器 S2 は、コード A1、B0、および前の加算器 S1 からの桁上げコードの 1 つのコードを加算しました。 その結果、0+1+XNUMX=XNUMXとなり、次のXNUMX桁目に転送コード「XNUMX」が入ります。 加算器 S3 は、数字 A と B の 1 桁目のコードと、1 桁目からの転送コード「0」を加算します。つまり、1+0+1000=8 となり、次の XNUMX 桁に再び転送されます。 「合計」タイヤを追加した結果、XNUMX に対応するコード XNUMX が得られます。 1951年、ジョイ・フォレスターはコンピューターの設計に重要な改良を加え、磁気コアのメモリーの特許を取得しました。このメモリーは、磁気コアに加えられたパルスを記憶し、任意の期間保存することができました。
コアは、酸化鉄に他の不純物を混ぜて得られたフェライトでできていました。 コアには 1 つの巻線がありました。 巻線 2 と 3 は、異なる極性のパルスを印加することにより、コアを一方向または別の方向に磁化する役割を果たしました。 巻線 XNUMX はセルの出力巻線であり、コアが再磁化されたときに電流が誘導されました。 各コアには、その磁化によって、ある数字の XNUMX 桁に対応する XNUMX つのパルスの記録が保存されていました。 一定の順序で接続されたコアから、必要な数を高速に選択することが常に可能でした。 したがって、正の信号がコア巻線を介して印加された場合、コアは正に磁化され、負の信号を使用すると、磁化は負になります。 したがって、コアの状態は、記録された信号によって特徴付けられました。 巻線を読み取るとき、特定の極性の信号、たとえば正の信号が印加されました。 その前にコアが負に磁化されていた場合、コアは再磁化され、（電磁誘導の法則に従って）出力巻線に電流が発生し、アンプによって増幅されました。 コアが正に磁化されている場合、その状態に変化はなく、出力巻線に電気信号は現れませんでした。 コードを選択した後、特別な回路によって実行されたコアの元の状態を復元する必要がありました。 このタイプのストレージ デバイスでは、数マイクロ秒で数値をサンプリングできました。 大量の情報が磁気テープなどの外部メディアに保存されていました。 ここでの電気インパルスの記録は、テープレコーダーでの音の記録に似ていました。電流パルスは、通過するテープの対応する場所を磁化する磁気ヘッドを通過しました。 読み取るとき、ヘッドの下を通過する残留磁化フィールドは、ヘッドの下を通過する電気信号を誘導し、それが増幅されてマシンに供給されます。 同様に、情報は強磁性体で覆われた磁気ドラムに記録されました。 この場合、情報をより早く見つけることができます。 著者：Ryzhov K.V.
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