Страницы истории компьютеров

Валерий Цуркан (г. Сызрань)

Конечно, Всемирная история создания компьютеров, от Древней Греции до наших дней, займет не один увесистый том, поэтому мы, не претендуя на полноту охвата данного вопроса, предложим читателям просто ряд занимательных страниц этой истории.

История компьютеров — интересно, почему в школах не изучают этот предмет? Школьникам было бы полезно знать, что основоположником компьютерной индустрии был не Билл Гейтс, а Чарлз Бэббидж, английский математик девятнадцатого столетия. Именно его идеи и продолжают использоваться до сих пор. И если о Бэббидже знают далеко не все, то есть имена, которые полузабыты, а то и вовсе стерты из людской памяти.

Начнем по порядку, с древних времен. Да, в древнем мире тоже были компьютеры (не Pentium, конечно, но свои функции исполняли исправно). И если сейчас смешно слышать даже о «Микрошах» с их 16-ю килобайтами памяти, то, что говорить о механических компьютерах древности?

Антикиферский механизм

Этот аналоговый компьютер был поднят с затонувшего корабля у небольшого острова Антикифер (отсюда и название) в Средиземном море в 1901 году. Исследовав устройство, ученые пришли к выводу, что оно предсказывало солнечные затмения и вычисляло четырехлетние циклы Олимпиад.

BIGITALRU_11

Известно, что Архимед изобрел механизм-планетарий для вычисления передвижений Луны и известных на тот момент планет, а также написал книгу об астрономических механизмах, не дошедшую до нас. Сначала его считали создателем поднятого со дна моря устройства, но выяснили, что Антикиферский механизм был построен после его смерти. Затем связали создание устройства с островом Родос и астрономом Гиппархом, который изучал отклонения Луны от курса ее движения по орбите. Это, конечно, только домыслы, на самом деле все могло быть совершенно по-другому.

В наше время специалисты смогли расшифровать надписи и воссоздать функции бронзовых шестеренок. Надписи оказались названиями месяцев, что и подтолкнуло ученых к мысли, что этот прибор — один из первых в мире механических календарей.

В античной литературе есть несколько упоминаний о сходных приборах, в том числе описание устройства, созданного Архимедом, в трудах Цицерона. Однако Антикиферский механизм — единственное устройство, дожившее до наших времен.

Вывод — не совсем компьютер, но что-то близкое и очень древнее.

Механические счеты

Экспертами, в руки которых попались обнаруженные в 1967 году неизвестные ранее записные книжки Леонардо да Винчи, доказано, что мастер работал над созданием механического счетного устройства. Собрал ли он хоть один экземпляр по своим чертежам, неизвестно, очень много приборов остается на бумаге даже в наши времена, а в средние века это происходило значительно чаще. Но можно сказать и то, что многие из устройств великого Леонардо, собранные по его схемам современными нам инженерами, работают безукоризненно.

Первое механическое счетное устройство, которое существовало не на бумаге, называлось «Паскалина» в честь своего создателя, ученого и математика Блеза Паскаля. Машина эта была построена в 1642 году. Механический «компьютер» Паскаля мог складывать и вычитать. Он состоял из ряда вертикально установленных колес с нанесенными на них цифрами от 0 до 9. При полном обороте колеса оно сцеплялось с соседним и поворачивало его на одно деление. Число колес определяло число разрядов -два колеса позволяли считать до 99, три — до 999.

BIGITALRU_22

Тридцать лет спустя, В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор, который складывал и вычитал, а также умножал и делил. В отличие от «Паскалины», колеса были уже зубчатые, имели они зубцы девяти различных длин, а вычисления производились за счет сцепления колес. Эти зубчатые колеса стали затем основой арифмометров, которыми широко пользовались на протяжении всего XVIII века. Кстати, это одно из первых устройств, которое наиболее похоже на арифмометры в нашем понимании.

BIGITALRU_55

Одним из его элементов была ручка, с помощью которой вращалось специальное колесо, приводящее в движение всю счетную машину. К тому же в калькуляторе Лейбница присутствовала движущаяся каретка, при помощи которой ускорялись повторяющиеся операции сложения, необходимые при умножении.

BIGITALRU_33

На арифмометрах выполняли даже очень сложные действия — расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб, и другие вычисления. Существовала и специальная профессия — счетчик — человек, работающий с арифмометром. Но многие расчеты производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев.

Из арифмометров хотелось бы выделить клавишный Registering Accountant («самопишущий счетовод»), созданный американским изобретателем Уильямом Сьюардом Берроузом. Арифмометр этот можно назвать прямым предком нынешних калькуляторов. Ввод данных на этом механическом калькуляторе производился при помощи клавиатуры, что для того времени являлось революцией. Кроме этого, машина позволяла распечатать итог вычислений на бумажной ленте, что позволяло сохранять результаты промежуточных расчетов. В калькуляторе для этого (для сохранения, а не для распечатки, разумеется) существуют клавиши памяти.

Арифмометр Берроуза имел коммерческий успех. Компания American Arithmometer Company,  основанная в 1886 году, производила и продавала около 5 тысяч арифмометров Берроуза в год. После смерти изобретателя фирма поменяла название на Burroughs Adding Machine Company. Замечательно то, что в 1953 году фирма выходит на рынок компьютеров и до наших дней продает оргтехнику. Правда, в 1986 году она слилась с корпорацией Sperry и продолжает работать под именем Unisys.

6

В 1822 году англичанин Чарльз Бэббидж построил вычислительное устройство, названное им Разностной Машиной (Difference Engine). Работа машины основывалась на известном в математике методе конечных разностей. Этот метод позволяет вычислять значения многочленов, употребляя только операцию сложения и не выполняя при этом умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. Однако Difference Engine имела ограниченные возможности и развития не получила. Но все же для того времени это был существенный прорыв в данной ветви техники.

Бэббидж не остановился на сделанном и пошел дальше. С тридцатых годов он стал думать над созданием программируемой машины — он назвал ее Аналитической машиной (Analytical Engine). Он не смог довести работы до конца по той причине, что Analytical Engine оказалась слишком сложна для техники того времени. Но идеи, которые он озвучил, это были, действительно, революционные идеи! Он придумал практически современный компьютер, но не в электронном, а в механическом исполнении.

Из чего состояла его машина? По замыслу Бэббиджа, Analytical Engine имела следующие функциональные узлы:

  • «Склад» для хранения чисел (память);
  •  «Мельница», арифметическое устройство (процессор);
  •  Устройство, управляющее последовательностью операций в машине (Бэббидж не никак его не назвал сейчас используется термин устройство управления);
  •  Устройства ввода и вывода данных.

На вход машины должны были поступать два потока перфокарт, которые Бэббидж назвал операционными картами и картами переменных: первые управляли процессом обработки данных, которые были записаны на вторых. Информация заносилась на перфокарты путем пробивки отверстий. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Помимо этого, Analytical Engine, по замыслу автора, должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Можно смело сказать, что Бэббидж первым использовал перфокарты для ввода-вывода информации в машину. Правда, до него в начале века перфокарты предложил использовать Жозеф Мари Жаккар для быстрого перехода с узора на узор в ткацких станках.

Бэббидж не закончил своей машины. Во-первых, у него не хватило денег, а все узлы он изготавливал за свой счет. Во-вторых, в то время техника не позволяла делать детали с нужной точностью, а для Analytical Engine было необходимо огромное количество зубчатых колес.

В 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2″, а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в  расчетах Бэббиджа было найдено всего две ошибки.

Первые компьютеры 20 века

Первым компьютером, который уже не был чисто механическим, можно назвать Mark1. Идея его создания родилась в 1937 году. Говард Айкен предложил проект вычислительной машины на электромеханических реле. За работу взялась компания IBM (International Business Machines, Inc), занимавшаяся производством механических пишущих машинок и арифмометров, президент которой,  умел заглядывать в будущее. В проект было вложено 500 тысяч долларов, по тем временам это были очень большие деньги, наши олигархи в новые технологии такую сумму вкладывать ни за что не стали бы. Проектирование машины началось в 1939 году, а строительство закончилось в 1944 г. Mark1 при довольно больших размерах (намного больше моего ноутбука — 17 метров в длину и 2.5 в высоту) и огромной степени напичканности деталями (750 тысяч различных деталей, 800 метров проводов, более 3 тысяч реле) была всего лишь в десять раз эффективней аналитической машины Чарльза Бэббиджа.

Несмотря на то, что Mark1 называют одним из первых немеханических компьютеров, он был устроен практически так же, как арифмометры и аналитическая машина Бэббиджа — все те же зубчатые колеса, разве что эта машина считала быстрее и, в отличие от некоторых устройств, умела умножать, делить, возводить числа в степени, считать значение синуса и вычислять логарифмы. Есть у этой машины одна большая заслуга — в ней был впервые реализован принцип независимо хранимой программы. Если сейчас информация хранится на CD и DVD, то в то время под носитель приспособили ленту с информацией, записанной в виде пробитых отверстий (перфоленту). Перфоленту можно было использовать не один раз, и хранить отдельно от машины.

Полумеханические компьютеры, такие как Mark1, начинали уходить на покой, им на смену приходили более новые и более мощные машины. Одна из них — Electronical Numerical Integrator and Calculator, сокращенно — ENIAC. Это первый компьютер, собранный с применением электронных вакуумных ламп. ENIAC была представлена своими создателями в 1946 году. В ее конструкцию входило 18 тысяч вакуумных ламп и около 1500 реле, машина занимала отдельное помещение площадью в 85 квадратных метров, весила 30 тонн и потребляла 150 киловатт энергии. В отличие от своих предшественников, ENIAC  имела вместо зубчатых колес для хранения числовых значений замкнутые цепи из 10 специальных электронных переключателей — триггеров (триггер — это переключательное устройство, которое достаточно долго сохраняет одно из двух состояний равновесия и скачкообразно переключается из одного состояния в другое по сигналу извне).

BIGITALRU_44

В ENIACе впервые перфолента была заменена на перфокарту. Как работают перфоленты и перфокарты и чем они отличаются? Специфика работы проста —  каждое отверстие (перфорация)  замыкало определенную электрическую цепь при попадании в него контактной щетки считывающего устройства, и компьютер выполнял требуемую команду. Примитивно, но действенно. А чем же отличаются перфокарты от перфолент и чем первые лучше своих предшественниц? Дело в том, что перфоленты часто рвались во время работы, и приходилось или склеивать их, или менять целиком, а зачастую, запасных не было и нужно было изготовлять новые. А перфокарты? Испортилась одна пластинка — выбрасываешь ее и устанавливаешь новую.

Один из самых больших недостатков этого компьютера — устройство ввода. Оно было намного больше клавиатуры моего Acer?а. Сейчас это даже представить трудно — ввод информации в машину осуществлялся посредством переключения контактных коммутаторов на 40 наборных досках, каждая из которых была оснащена несколькими тысячами проводов, а общее их число составляло 6000. Чтобы переключить компьютер на другую задачу, у «операторов» уходило до нескольких дней.

Второй недостаток ENIACа — 18 тысяч вакуумных ламп. Если перегорала одна из них, то компьютер объявлял перерыв — техники из кожи вон вылезали, вручную перебирали все лампы, пока не находили виновницу сего торжества. На это так же уходило довольно много времени, что не очень радовало тогдашних юзеров (хотя, по сравнению с mark1 это была очень быстродействующая машина — ездила она быстро, но, к сожалению, запрягалась медленно).

Примерно так выглядит история компьютеров от древних времен до первых машин, которые уже можно было называть ЭВМ.  Недавно я в каком-то журнале прочитал, что в наше время цифровая техника стремительно развивается. Но если посмотреть внимательней, то стразу станет ясно, что никуда она не развивается, а всего лишь совершенствуется. Все компьютеры работают по той же схеме, что и ENIAC, просто сейчас работают они быстрее и качественней, но принципы работы остались практически те же самые.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>