Практическая работа: Сравнительный анализ механических и электромеханических вычислительных машин

Формирование умения сопоставлять архитектурные узлы, элементную базу, ограничения быстродействия и принципы программного управления ранних цифровых машин.

Все введённые ответы сохраняются в вашем браузере автоматически. После заполнения вы можете сохранить работу в PDF или распечатать её для сдачи преподавателю.

Критерии оценивания работы (шкала 4 балла)

Параметры проверки и начисление баллов:
  • Корректность (2 балла): безошибочное заполнение всех ячеек таблицы сравнения (элементная база, представление разряда, перенос в старший разряд, управление, быстродействие). Учитывайте основание счисления: десятичное у Паскаля, Бэббиджа и Mark I, двоичное у Z3.
  • Объяснение (1 балл): логически выверенное обоснование перехода от механики к электромеханике с анализом кинематических ограничений.
  • Проверка и расчёт (1 балл): корректное решение расчётного кейса быстродействия с обоснованным итоговым выводом.

Итоговая аттестация: 4 балла — «отлично», 3 балла — «хорошо», 2 балла — «удовлетворительно».

Задание 1. Сравнительная аналитическая таблица

Заполните поля таблицы для ключевых исторических вычислительных машин. Опирайтесь на принципы их физической реализации и управления вычислениями.

Параметр анализа Арифмометр Б. Паскаля («Паскалина», 1642) Аналитическая машина Ч. Бэббиджа (проект, 1834) Электромеханический комплекс (Mark I / Z3, 1941–1944)
Элементная база и класс
Из каких деталей построены узлы счёта?
Представление разряда
В какой форме хранится цифра в разряде?
Перенос в старший разряд
Как передаётся переполнение в старший разряд?
Управление и программируемость
Кто или что задаёт последовательность действий?
Главное ограничение скорости
Какой физический фактор сдерживал производительность?

Задание 2. Аналитическое обоснование перехода от механики к электромеханике

Опишите физические и конструктивные причины, по которым механические машины упёрлись в технологический тупик, и объясните, как использование электромагнитных реле разрешило фундаментальное противоречие между скоростью вычислений и надёжностью механики.

Задание 3. Расчётно-аналитический кейс быстродействия

Условие: Астрономической обсерватории необходимо выполнить расчёт таблицы из 500 однотипных траекторных точек. Каждый расчётный шаг требует: 8 сложений, 4 умножения и 1 деление.
Нормативы выполнения операций:
• Ручной арифмометр: 1 сложение = 5 с; 1 умножение = 12 с; 1 деление = 18 с; ручная настройка каретки на каждую операцию = 3 с.
• Релейная машина Mark I: 1 сложение = 0.3 с; 1 умножение = 6.0 с; 1 деление = 15.0 с; автоматическое чтение команды с перфоленты = 0.1 с.

Требуется: Рассчитать полное время расчёта всей таблицы (в часах или минутах) для обоих вариантов и сформулировать два аналитических вывода о преимуществах автоматизации.

Архитектурная схема перехода технологий

1. Механический этап

Носитель сигнала: угол поворота вала, шестерни.
Перенос усилия: кинематический контакт деталей.
Лимит: трение, износ, заклинивание при переносе.

2. Программируемая механика

Носитель сигнала: отверстия в перфокартах.
Логика: разделение на «склад» (память) и «мельницу» (АЛУ).
Лимит: зазоры и точность механики XIX века.

3. Электромеханический этап

Носитель сигнала: электрический ток по проводам.
Перенос усилия: электромагнитное замыкание контактов.
Лимит: масса якоря реле (5–10 мс), искрение контактов.

● Все изменения сохранены локально