Из истории вычислительной техники
Георгий Члиянц
Необходимость
быстрого и точного проведения трудоемких и математических расчетов при
составлении математических таблиц для астрономии и морской навигации,
по-видимому, в значительной степени стимулировали в ХIX веке разработку
цифровых счетных машин. Первые попытки создать калькулятор были предприняты
деловыми людьми, которые вынуждены были складывать и вычитать длинные колонки
цифр и практически не занимались нелинейными функциями. И хотя работы над
аналоговыми машинами для расчета математических функций начались во второй
половине XIX века, заметного прогресса в аналоговых машинах не наблюдалось до
середины XX века.
Самый
первый механический компьютер был всего лишь суммирующей машиной, которая могла
складывать и вычитать, но не умела умножать и делить. Построенная Блезом
Паскалем в 1642 г, эта машина использовалась для сложения колонок цифр в
конторе его отца. Калькулятор имел числовые колеса, установленные на
параллельных горизонтальных осях. Положение этих колес могли быть определены, а
их суммы считывались через окна в кожухах. Числа вводились при помощи
горизонтальных наборных колес, которые были связаны с числовыми колесами
посредством штифтов. Большинство числовых колес работали в десятичной системе,
каждое колесо было связано с колесом более высокого разряда при помощи
храпового механизма переноса.
Полагают,
что еще до Паскаля счетная машина была создана Вильгельмом Шикхардом из
Тюбингема в Германии в период с 1623 по 1624 года, однако достаточно веских
доказательств этому не существует.
В
1673 г Готфридом Вильгельмом Лейбницем, немецким философом и математиком, было
создано счетное устройство, в котором использовался механизм, известный под названием
колеса Лейбница. Счетная машина обеспечивала не только автоматическое сложение
и вычитание, но также умножение и деление. Счетные машины с видоизмененными
колесами Лейбница использовались вплоть до второй мировой войны.
Однако
лишь в 1820 г, когда Чарльз Томас продемонстрировал свой арифмометр, началось
промышленное производство калькуляторов, выполняющих четыре арифметические
функции, причем вплоть по конца XIX века они выпускались малыми сериями.
По-видимому,
первая серьезная работа в области первых цифровых компьютеров была выполнена
английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэбиджем по заказу британского
правительства. В 1823 г Бэбидж начал работать над "разностной
машиной" - специализированным калькулятором, который должен был помочь британскому
морскому ведомству в составлении различных мореходных таблиц.
Это
могли быть таблицы умножения, логарифмов, синусов, косинусов, а также
всевозможные таблицы результататов физических измерений и наблюдений.
Машина
Бэбиджа должна была выполнять ысе арифметические операции, используя для этих
целей целый 20-разрядный регистр, и производить печать выходных данных. Однако
математик, так и не закончив работу над "разностной машиной",
приступил в 1833 г к реализации проекта "аналитической машины", но эта
идея не получила практического воплощения. Машина была задумана как
универсальный компьютер и по своему замыслу очень напоминала компьютер
"Марк 1", созданный век спустя в 1930 г в Гарвардском университете.
Бэбидж предсказал необходимость в двух отдельных устройствах - хранения (или
памяти), где находятся информация и команды, введенные в машину с помощью
перфокарт, и перерабатывающего блока (или процессора), который выполняет
операции, пользуясь находящимися в памяти информацией и командами. Бэбидж заимствовал
идею перфокарт у Джозефа Мари Жаккарда, который в 1805 г изобрел приспособление
к ткацкому станку, автоматизирующее процесс получения узора на ткани. Жаккард
использовал набор карт с пробитыми отверстиями, соответствующими необходимому
рисунку. Крючки проходили через отверстия в картах и протягивали вниз нити
основы, в результате чего челнок проходил над определенным образом выбранными
нитями.
"Аналитическая
машина" Бэбиджа должна была хранить в памяти 1000 слов, каждое из 50
разрядов, и при произвольном доступе к таблицам функций она должна была
звонить, предупреждая оператора о необходимости ввода дополнительной
информации. Устройство, использующее концепцию "разностной машины"
Бэбиджа, было изготовлено Пьером Георгом Шетцем в Швеции в 1854 г. [Примечание:
Однако создать работающую модель "аналитической машины" удалось лишь
через сто лет фирме International Business Mashines (IBM).]
До
Джорджа Буля математические методы не позволяли удовлетворительно объяснить
формальную логику, столь необходимую для работы вычислительных машин. Этот
английский логик опубликовал труды "Математический анализ логики" в
1848 г и "Исследование законов мышления" в 1854 г, которые легли в
основу современной симфолической логики. Иоженная в этих трудах теория
позволила выразить логические правила в виде простых алгебраических уравнений.
Уравнение
Х = Х для любой Х системы является основным в булевой алгебре и в числовых
значениях имеет только два решения: 0 и 1. Существующие компьютеры пользуются
этой двоичной системой, а их логические блоки выполняют операции с двоичными
числами.
1890
г ознаменовался зарождением двух компьютерных фирм: Burrougths и IBM. В этом
году Уильям Барроуз изобрел "суммирующую листинговую машину" - весьма
популярный в то время конторский калькулятор, а Герман Холлерит оказал большую
омощь в обработке информации переписи населения США 1890 г своим ранее
созданным процессором.
В
1896 г Холлерит организовал фирму Tabulating Machine, которая выпускала как
вычислительную технику (прообраз компьютера - сортировальное устройство и
счетчик Холлерита), так и используемые в них карты. [Примечание: В 1911 г эта
фирма слилась с компанией, производившей весы и промышленные часы, в результате
чего образовалась фирма Computer-Tabulating-Recording. В 1924 г под руководством
Томаса Уотсона эта фирма была переименована в известное всему миру название -
IBM.]
Машина
Холерита состояла из трех частей: табулятора с напоминающими часы механизмами,
который получал сигнал от считывающих щеток, сортирующего устройства с 24
бункерами, электрически связанными со счетчиками табулятора, и вставляемых
вручную перфокарт. Каждая перфокарта размерами 168х83 мм имела 288 позиций для
пробивки отверстий. В нормальном состоянии все крышки бункеров были закрыты, а
при "чтении" отверстия электрическая схема замыкалась, освобождала
защелку и крышка поднималась. Затем карта опускалась в бункер вручную. И лишь
несько лет спустя Холлерит сумел автоматизировать эту часть процесса.
В
1907 г американце Джеймсу Пауэрсу, инженеру бюро переписи, было поручено
сконструировать автоматический карточный перфоратор, а в 1911 г он создал фирму
Powers Tabulating-Recording, которая в течении нескольких лет конкурировала с
фирмой Computer-Tabulating-Recording. [Примечание: В 1927 г фирма Пауэрса была
поглощена компанией Remington Rand, объединившейся в 1955 г с фирмой Sperry
Gyroscope.]
В
1929 г фирма IBM насчитывала 4400 сотрудников и специализировалась на
производстве самописцев, табуляторов и весов. Имея техническую базу в виде
разработанного Германом Холлеритом электромеханического табулятора с вводом
исходных данных с перфокарт IBM изготовила для Колумбийского университета
машину для статистической обработки данных. Это цифровой вычислитель или, как
его называли в то время, дифференциальный табулятор, в котором для поиска и
запоминания информации использовались регистры, позволил реализовать многие из
идей, высказанных приблизительно сто лет назад до этого Бэбиджем.
В
отличии от цифровых компьютеров аналоговые вычислительные машины начали
серьезно разрабатываться только в 1930 г в Массачусетском технологическом
институте под руководством Ванневара Буша. [Примечание: До этого работы над
аналоговыми машинами проводились в Англии в конце XIX века братьями Джеймсом и
Уильямом Томсонами. Джеймс Томсон разрабатывал планиметр, в котором
использовался интегратор с шаром и диском. Уильям Томсон (лорд Кельвин)
применил этот интегратор в анализаторе гармоник и предсказателе морских
приливов. Позже он выдвинул идею дифференциального анализа, Однако практическая
реализация его оказалась неосуществимой в связи с техническими трудностями].
В
1931 г дифференциальный табулятор Бэбиджа был положен фирмой IBM в основу
умножающих машин серии 600 - предшественников компьютера "Марк 1",
разработчиком которого во второй половине 30-х годов был Говард Айкен.
Как
видно из вышеизложенного материала вычислительная техника, начав свое развитие
с механических устройств, впоследствии прошла свою короткую электромеханическую
стадию в 30-х годах и стала электронной в 40-х.
Список литературы
1.
"Электроника: прошлое, настоящее, будущее" (Пер. с анг. под ред.
чл.-кор. АН СССР В.И.Сифорова ["Мир"; М.; 1980 (296 с.)].
2.
Георгий Члиянц (UY5XE). "Хроника истории вычислительной техники"
["Радиолюбитель. Ваш компьютер"; #11/2000 (c.10-11)].