Из истории вычислительной техники
Георгий Члиянц (UY5XE)
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 счётных 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 расчёта математических функций начались во второй половине XIX века, заметного прогресса в аналоговых машинах не наблюдалось до середины XX века.
Первая счётная машина была создана Вильгельмом Шиккардом [1592-1625] из Тюбингема в Германии в период 1623-24 гг
Следующей, была счётная машина, которая могла складывать и вычитать, но не умела умножать и делить. Построенная Блезом Паскалем [1623-1662] в 1642 г., эта машина использовалась для сложения колонок цифр в конторе его отца. Калькулятор имел числовые колёса, установленные на параллельных горизонтальных осях. Положение этих колёс могли быть определены, а их суммы считывались через окна в кожухах. Числа вводились при помощи горизонтальных наборных колёс, которые были связаны с числовыми колёсами посредством штифтов. Большинство числовых колёс работали в десятичной системе, каждое колесо было связано с колесом более высокого разряда при помощи храпового механизма переноса.
В 1673 г. Готфридом Вильгельмом Лейбницем [1646-1716], немецким философом и математиком, было создано счетное устройство, в котором использовался механизм, известный под названием «колеса Лейбница». Счётная машина обеспечивала не только автоматическое сложение и вычитание, но также умножение и деление. Счётные машины с видоизмененными «колёсами 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, причём, вплоть до конца XIX века они выпускались малыми сериями.
По-видимому, первая серьёзная работа в области первых цифровых компьютеров была выполнена английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем [1791-1871] по заказу британского правительства. В 1823 г. Бэббидж 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 результатов физических измерений и наблюдений.
Машина Бэббиджа должна была выполнять все арифметические операции, используя для этих целей целый 20-разрядный регистр и производить печать выходных данных. Однако, математик, так и не закончив работу над своей «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 1944 г. в Гарвардском университете. Бэббидж предсказал необходимость в двух отдельных устройствах - хранения (или памяти), где находятся информация и команды, введённые в машину с помощью перфокарт, и перерабатывающего блока (или процессора), который выполняет операции, пользуясь находящимися в памяти информацией и командами. Бэббидж заимствовал идею перфокарт у Джозефа Мари Жаккарда, который в 1805 г. изобрёл 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» Бэббиджа 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» Бэббиджа, 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 [1815-1864] 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 символической логики. Изложенная в этих трудах теория позволила выразить логические правила в виде простых алгебраических уравнений.
Данные уравнения в своих числовых значениях имеет только два решения - 0 и 1. Существующие компьютеры пользуются этой двоичной системой, а их логические блоки выполняют операции с двоичными числами.
Следует отметить, что в конце XIX века работы над аналоговыми машинами проводились и в Англии - братьями Джеймсом и Уильямом Томсонами. Джеймс Томсон разрабатывал планиметр, в котором использовался интегратор с шаром и диском. Уильям Томсон (лорд Кельвин) [1824-1907] 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.
1890 г. ознаменовался зарождением двух компьютерных фирм – «Burrougths» и «IBM». В этом году Уильям Барроуз изобрёл «суммирующую листинговую машину» - весьма популярный в то время конторский калькулятор, а Герман Холлерит [1860-1929] оказал большую помощь в обработке информации переписи населения США 1890 г. своим ранее созданным процессором.
В 1896 г. Герман 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 трёх частей: табулятора с напоминающими часы механизмами, который получал сигнал от считывающих щёток, сортирующего устройства с 24 бункерами, электрически связанными со счётчиками 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 защёлку и крышка поднималась. Затем, карта опускалась в бункер вручную. И лишь несколько 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 серьёзно разрабатываться только в 1930 г. в Массачусетском технологическом институте под руководством Вэнивара Буша.
В 1931 г. дифференциальный табулятор Бэббиджа был положен фирмой «IBM» в основу умножающих машин серии «600» - предшественников компьютера, который вошел в историю под названием «Гарвардский Марк I», руководителем разработки которого в начале 40-х годов был Говард Хатауэй Эйкен [1900-1973].
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.
Литература:
1. "Электроника: прошлое, настоящее, будущее" (Пер. с анг. под ред. чл.-кор. АН СССР В.И. Сифорова). (М.: "Мир", 1980 - 296 с.).
2. Георгий Члиянц (UY5XE). "Хроника истории вычислительной техники". ("Радиолюбитель. Ваш компьютер", #11/2000 - c.10-11).
