Основы программирования

Как и о чем думает компьютер?

История электронной вычислительной техники насчитывает уже несколько десятков лет. Сначала электронные вычислительные машины собирались на триодах и пентодах, потом на транзисторах, затем – на микросхемах. Микросхемы становились все более и более емкими и компактными. В настоящее время они настолько отличаются от своих «предков», что изменилось даже их название, специалисты называют современные микросхемы чипами. Электронные средства, похоже, исчерпали свои возможности, и, говоря о будущем вычислительной техники, ученые все увереннее называют другие физические принципы. В ближайшее время ожидается появление оптических компьютеров, квантовых компьютеров, все чаще упоминают сверхпроводимость при низких температурах. Все это связано с погоней за быстродействием ЭВМ.

По этой причине, вводя понятие компьютера, сейчас не упоминают об электронике и вообще стараются избегать определений, связанных с физическим устройством компьютера, поскольку это физическое устройство с каждым днем претерпевает настолько стремительные изменения по своей сути, что любое определение может устареть и потерять объективность не успев внедриться в лексикон. Компьютер определяется просто как устройство для хранения, обработки и передачи информации.

Элементарная база машин часто меняется, но одно остается неизменным – электронные элементы всегда имеют только два устойчивых состояния, которые условно можно охарактеризовать человеческими понятиями «да» и «нет». Конечно, можно собрать электронные устройства с большим числом устойчивых состояний, введя некоторые промежуточные знаки («может быть» и т. п.), но надежность таких устройств будет невелика, поскольку различать и правильно распознавать большое количество состояний электронике сложно.

У двух устойчивых состояний может быть самая различная физическая природа: магнитный сердечник может быть намагничен по часовой стрелке или против, на концах проводника может присутствовать либо отсутствовать разность потенциалов, постоянный ток может идти в прямом или обратном направлении, конденсатор может быть заряжен или разряжен и т. п.

Чтобы человек мог управлять этими (невидимыми для него) состояниями для них надо ввести какие-то обозначения. Можно было бы обозначить одно устойчивое состояние плюсом, а другое – минусом, можно было использовать любые две буквы алфавита, китайские «инь» и «янь», знаки «диез» и «бемоль» и т. п., но специалисты выбрали для этих целей ноль и единицу, условно обозначив ноль – «нет», единица – «да».  Это было сделано не случайно, а для того, чтобы в действиях с числами можно было применить двоичную систему счисления.

Итак, физически компьютер может быть собран из самых разнообразных электронных элементов, но с точки зрения программирования, как говорят, логически, компьютер состоит из огромного количества миниатюрных устройств, принимающих и понимающих только два значения – 0 и 1. Все сведения и команды, которые мы хотим передать компьютеру, должны состоять только из нулей и единиц. Например, вот такое чередование нулей и единиц хорошо понятно компьютеру:

00000001000011010000111000001010

Для некоторых типов ЭВМ это команда сложения двух целых чисел. Человеку такая замысловатая запись ничего не говорит. Более того, человек не способен ее запомнить, быстро проанализировать, а зачастую даже просто переписать без ошибок. Что ж, очевидно, человек и компьютер говорят и думают на совершенно разных языках.

У первых электронных компьютеров на передней панели располагался ряд из 16 или 32 (по числу разрядов машины) тумблеров. Включенное положение тумблера означало единицу, выключенное – ноль.  Оператор машины набирал команду, состоящую из нулей и единиц, ставя в нужное положение соответствующие тумблеры, и нажимал кнопку ввода команды. После этого можно было набирать следующую команду, изменяя состояние тумблеров. После ввода всех команд оператор нажимал кнопку запуска, и программа начинала выполняться.cpu1

Сейчас все эти манипуляции кажутся смешными и нелепыми, но в то время даже такая работа электронной вычислительной техники вызывала немалый восторг и восхищение. Складывалось удивительное ощущение того, что машина мыслит, породившее немалое количество фантастических произведений в печати и кинематографе. И лишь создатели первых компьютеров понимали, что ЭВМ – всего лишь усовершенствованные до предела счеты, способные выполнять лишь то, что им предписано набором команд, и не более того.  Думать, и принимать самостоятельные решения вне инструкций, как это способен делать человек, компьютер не умеет.

Результат работы программы распечатывался на длинном рулоне бумаги, а промежуточные результаты высвечивались рядами небольших лампочек на панели ЭВМ. Это было очень неудобно, но ученые тех лет (не таких уж далеких) были чрезвычайно довольны.

Составные части компьютера



Rambler's Top100