Логические машины

 

 

Минестерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Северо-Кавказский  горно-металлургический институт (государственный технологический унивеситет)"(ФГБОУ В О "СКГМИ(ГТУ)")

 

реферат

для сдачи кандидатского экзамена

по истории и философии науки

на тему

"______________________________________________________"

 

Выполнил

аспирант

Направление подготовки:________________

Профиль подготовки:____________________

_______________________

Научный руководитель

_____________________

Рецензент

_________________________

 

 

 

 

 

Владикавказ 2016

 

Содержание

 

 

Введение

1.История развития логических машин

1.1.Механический период

1.2.Аналоговые логические машины

1.3.Цифровые вычислительные машины

2.Применение современных логических машин

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Логические машины - механические, электромеханические или электронные устройства для полуавтоматического или автоматического выполнения операций логики. Логические машины применяются для анализа и упрощения формул некоторых разделов логики (в частности, для определения тех значений переменных в формулах логики высказываний, при которых эти формулы превращаются в истинные или в ложные высказывания), для получения выводов из посылок в рамках некоторых логических теорий и исчислений (алгебра логики, различные исчисления высказываний, силлогистика и др.), для доказательства теорем формализованных научных теорий и т.д.

Информационно-логические машины предназначаются для использования в различных областях и для различных целей: в справочно-библиотечном деле, в экономике (для статистической, логической и иной обработки информации о развитии народного хозяйства, для ее анализа по отдельным отраслям промышленности, транспорта, торговли, финансов и т.д., для экономического планирования), в медицине, в эксперимент, науках (для обработки результатов экспериментов и наблюдений), в лингвистике, в военном деле и т.д.

Информационно-логические машины могут обрабатывать любой письменный и графический материал, от которого требуется только, чтобы он был приведен к виду, приспособленному для машинной обработки, в частности, чтобы он однозначно (и по возможности компактно) выражал содержащуюся в нем информацию. Эти требования обусловили разработку искусственных машинных т.н. информационных (или информационно - логических) языков, специально предназначенных для придания информации указанного вида. Разработка таких языков в настоящее время интенсивно проводится по отд. отраслям знания (металлургия, химия, элементарная геометрия и др.).

1.История развития логических машин

 

1.1.Механический период

 

Первые логические машины появились в 19 в. Их создание было подготовлено развитием логики, а также разработкой так называемых логических диаграмм – двумерных геометрических фигур с топологическими отношениями, изоморфными операциям и отношениям, которые рассматриваются в логике. К числу наиболее ранних логических диаграмм относятся логический квадрат и круги Эйлера, широко используемые до сих пор в элементарных учебниках логики. После возникновения алгебры, логики появились и другие виды логических диаграмм (для решения задач, относящихся к логике классов и логике высказываний). Из них наибольшее значение имеют диаграммы Венна, предложенные английским логиком Дж. Венном в 1880. С 50-х гг. 20 в. диаграммы Венна в виде карт Вейча и Карно (и их обобщений) стали применяться в приложениях алгебры логики для решения задач упрощения (т.н. минимизации) релейных схем и автоматов. Однако логические  диаграммы и соответствующие им пространственные модели являются эффективным средством решения логических задач лишь до тех пор, пока с их помощью достаточно наглядно могут быть изображены условия задачи, т.е. в случае сравнительно простых выражений алгебры логики (выражений, содержащих не более шести независимых пропозициональных переменных). Для более сложных логических выражений единственным практически эффективным средством решения логических задач являются логические машины.

Идеи, относящиеся к логическим машинам, прошли длительный путь развития. В истории философии оставили след попытки Р. Луллия разработать на основе аристотелевой логики некую сверхнауку – Ars magna et ultima (великое и окончательное искусство) .

До этого времени в течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

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.).

В 1623 г. через 100 с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый Вильгельм Шиккард предложил свое решение той же задачи на базе шестиразрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения были обнаружены только в наше время и оба остались только на бумаге.

Считается, что первую механическую машину, которая могла выполнять сложение и вычитание, изобрел в 1646г. молодой 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль. Она называется "паскалина".

Формой своей машина напоминала длинный сундучок. Она была достаточно громоздка, имела несколько специальных рукояток, при помощи которых осуществлялось управление, имела ряд маленьких колес с зубьями. Первое колесо считало единицы, второе - десятки, третье – сотни и т.д. Сложение в машине Паскаля производится вращением колес вперед. Двигая их обратно, выполняется вычитание.

Через 30 лет после "Паскалины" в 1673 г. появился "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. "Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно" - с гордостью писал Лейбниц своему другу.

О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы. В цифровых электронных вычислительных машинах, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (те же самые, что и "арифметический прибор" Лейбница), получило название арифметического. Позднее, по мере добавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим.

Оно стало основным устройством современных компьютеров. Таким образом, два гения XVII века, установили первые вехи в истории развития цифровой вычислительной техники. Заслуги В.Лейбница, однако, не ограничиваются созданием "арифметического прибора". Начиная со студенческих лет и до конца жизни он занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, ставшей в дальнейшем, основной при создании компьютеров. Он придавал ей некий мистический смысл и считал, что на ее базе можно создать универсальный язык для обьяснения явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии. Сохранилось изображение медали, нарисованное В.Лейбницем в 1697 г., поясняющее соотношение между двоичной и десятичной системами исчисления.

Прошло еще более ста лет и лишь в конце XVIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники - "программное" с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакардом, и технология вычислений, при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, разделившего численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой.

В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж построил счетное устройство, которое назвал разностной машиной. В эту машину вводилась информация на картах. Для выполнения ряда математических операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Десять лет спустя Бэббидж спроектировал другое счетное устройство, гораздо более совершенное, которое назвал аналитической машиной.

В первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство - Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь выполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, как в ткацких станках), и иметь “склад” для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии - память). Бэббидж не смог довести до конца работу - она оказалась слишком сложной для техник того времени.

Друг Бэббиджа, графиня Ада Августа Лавлейс, показала, как можно использовать аналитическую машину для выполнения ряда конкретных вычислений. Чарльза Бэббиджа считают изобретателем компьютера, а Аду Лавлейс называют первым программистом компьютера. Даже один из компьютерных языков был официально назван в честь графини – ADA.

В 1985 г. сотрудники Музея науки в Лондоне решили выяснить наконец, возможно ли на самом деле построить вычислительную машину Бэббиджа. После нескольких лет напряженной работы старания увенчались успехом. В ноябре 1991 г. незадолго до двухсотлетия со дня рождения знаменитого изобретателя, разностная машина впервые произвела серьезные вычисления.

После смерти Бэббиджа умер и его сын, но перед этим он успел построить несколько миникопий разностной машины Бэббиджа и разослать их по всему миру, дабы увековечить эту машину. В октябре 1995 года одна из тех копий была продана на лондонском аукционе австралийскому музею электричества в Сиднее за $200,000.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.Аналоговые логические машины

 

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

1) Высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;

2)Простота конструкции АВМ;

3) Лёгкость подготовки задачи к решению;

4) Наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

1) Малая точность получаемых результатов (до 10%);

2) Алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

3) Ручной ввод решаемой задачи в машину;

4) Большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи.

В конце XIX в. были созданы более сложные механические устройства. Самым важным из них было устройство, разработанное американцем Германом Холлеритом. Исключительность его заключалась в том, что в нем впервые была употреблена идея перфокарт и расчеты велись с помощью электрического тока. Это сочетание делало машину настолько работоспособной, что она получила широкое применение в своё время. Например, при переписи населения в США, проведенной в 1890 г., Холлерит, с помощью своих машин, смог выполнить за три года то, что вручную делалось бы в течении семи лет, причем гораздо большим числом людей.

Лишь спустя 100 лет машина Бэбиджа привлекла внимание инженеров. В конце 30-х годов 20 века немецкий инженер Конрад Цузе разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. Конрад Цузе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война: американским военным понадобился компьютер.

В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий фирмы ІВМ построил довольно мощную по тем временам вычислительную машину «Марк-1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы – счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле. Программа обработки данных вводилась с перфоленты. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. "Марк-1" мог перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Цифровые вычислительные машины

 

В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.