З історії обчислювальної техніки

Георгій Чліянц

Необхідність швидкого і точного проведення трудомістких і математичних розрахунків при складанні математичних таблиць для астрономії і морської навігації, мабуть, значною мірою стимулювали в ХIX столітті розробку цифрових лічильних машин. Перші спроби створити калькулятор були зроблені діловими людьми, які змушені були складати і віднімати довгі колонки цифр і практично не займалися нелінійними функціями. І хоча роботи над аналоговими машинами для розрахунку математичних функцій почалися в другій половині XIX століття, помітного прогресу в аналогових машинах не спостерігалося до середини XX століття.

Самий перший механічний комп'ютер був усього лише підсумовує машиною, яка могла складати і віднімати, але не вміла множити і ділити. Побудована Блез Паскалем у 1642 р, ця машина використовувалася для складання колонок цифр у конторі його батька. Калькулятор мав числові колеса, встановлені на паралельних горизонтальних осях. Положення цих коліс могли бути визначені, а їх суми зчитувалися через вікна в кожухах. Числа вводилися за допомогою горизонтальних набраних коліс, які були пов'язані з числовими колесами за допомогою штифтів. Більшість числових коліс працювали в десятковій системі, кожне колесо було пов'язано з колесом вищого розряду за допомогою храпового механізму перенесення.

Вважають, що ще до Паскаля рахункова машина була створена Вільгельмом Шікхардом з Тюбінгема в Німеччині в період з 1623 по 1624, проте достатньо вагомих доказів цьому не існує.

В 1673 р Готфрід Вільгельм Лейбніц, німецьким філософом і математиком, було створено лічильний пристрій, у якому використовувався механізм, відомий під назвою колеса Лейбніца. Рахункова машина забезпечувала не тільки автоматичне складання і віднімання, але також множення і ділення. Рахункові машини з видозміненими колесами Лейбніца використовувалися аж до другої світової війни.

Однак лише в 1820 р, коли Чарльз Томас продемонстрував свій арифмометр, почалося промислове виробництво калькуляторів, що виконують чотири арифметичні функції, причому аж з кінця XIX століття вони випускалися малими серіями.

Мабуть, перша серйозна робота в області перших цифрових комп'ютерів була виконана англійським математиком і винахідником Чарльзом Бебіджем на замовлення британського уряду. У 1823 р Бебідж почав працювати над "різницевої машиною "- спеціалізованим калькулятором, який мав допомогти британському морському відомству у складанні різних морехідних таблиць.

Це могли бути таблиці множення, логарифмів, синусів, косинусів, а також всілякі таблиці результататов фізичних вимірів і спостережень.

Машина Бебіджа повинна була виконувати исе арифметичні операції, використовуючи для цих цілей цілий 20-розрядний регістр, і проводити друк вихідних даних. Однак математик, так і не закінчивши роботу над "різницевої машиною", приступив у 1833 р. до реалізації проекту "аналітичної машини", але ця ідея не отримала практичного втілення. Машина була задумана як універсальний комп'ютер і за своїм задумом дуже нагадувала комп'ютер "Марк 1", створений через століття в 1930 р в Гарвардському університеті. Бебідж передбачив необхідність у двох окремих пристроях - зберігання (або пам'яті), де знаходяться інформація і команди, введені в машину за допомогою перфокарт, і переробного блоку (або процесора), який виконує операції, користуючись що знаходяться в пам'яті інформацією та командами. Бебідж запозичив ідею перфокарт у Джозефа Марі Жаккарда, який у 1805 р винайшов пристосування до ткацького верстата, що автоматизує процес отримання узору на тканині. Жаккард використовував набір карт з пробитими отворами, що відповідають необхідному малюнку. Гачки проходили через отвори в картах і простягали вниз нитки основи, у результаті чого човник проходив над певним чином обраними нитками.

"Аналітична машина "Бебіджа повинна була зберігати в пам'яті 1000 слів, кожне з 50 розрядів, і при довільному доступі до таблиць функцій вона повинна була дзвонити, попереджаючи оператора про необхідність введення додаткової інформації. Пристрій, що використовує концепцію "різницевої машини" Бебіджа, було виготовлено П'єром Георгом Шетцем у Швеції в 1854 р. [Примітка: Однак створити працюючу модель "аналітичної машини" вдалося лише через сто років фірмі International Business Mashines (IBM).]

До Джорджа Буля математичні методи не дозволяли задовільно пояснити формальну логіку, таку необхідну для роботи обчислювальних машин. Цей англійська логік опублікував праці "Математичний аналіз логіки" в 1848 г і "Дослідження законів мислення" в 1854 г, які лягли в основу сучасної сімфоліческой логіки. Іоженная в цих працях теорія дозволила виразити логічні правила у вигляді простих алгебраїчних рівнянь.

Рівняння Х = Х Х для будь-якої системи є основним у булевої алгебри та в числових значеннях має лише два рішення: 0 і 1. Існуючі комп'ютери користуються цієї двійковій системою, а їх логічні блоки виконують операції з двійковими числами.

1890 г ознаменувався зародженням двох комп'ютерних фірм: Burrougths і IBM. У цьому році Вільям Барроуз винайшов "підсумовує лістингові машину" - вельми популярний у той час конторський калькулятор, а Герман Холлеріт подав велику омощь в обробці інформації перепису населення США 1890 р своїм раніше створеним процесором.

В 1896 м Холлеріт організував фірму Tabulating Machine, яка випускала як обчислювальну техніку (прообраз комп'ютера - сортувальне пристрій і лічильник Холлеріта), так і використовувані в них карти. [Примітка: В 1911 р ця фірма злилася з компанією, що виробляла ваги і промислові години, у результаті чого утворилася фірма Computer-Tabulating-Recording. У 1924 р під керівництвом Томаса Уотсона ця фірма була перейменована у відоме всьому світу назва -- IBM.]

Машина Холеріта складалася з трьох частин: табулятора з нагадують годинник механізмами, який отримував сигнал від зчитують щіток, сортують пристрої з 24 бункерами, електрично пов'язаними з лічильниками табулятора, і вставляються вручну перфокарт. Кожна перфокарта розмірами 168х83 мм мала 288 позицій для пробивання отворів. У нормальному стані всі кришки бункерів були закриті, а при "читанні" отвори електрична схема замикалася, звільняла засувку і кришка піднімалася. Потім карта опускалася в бункер вручну. І лише Неська років по тому Холлеріт зумів автоматизувати цю частину процесу.

В 1907 р американцеві Джеймсу Пауерс, інженеру бюро перепису, було доручено сконструювати автоматичний картковий перфоратор, а в 1911 році він створив фірму Powers Tabulating-Recording, яка протягом кількох років конкурувала з фірмою Computer-Tabulating-Recording. [Примітка: У 1927 р фірма Пауерса була поглинена компанією Remington Rand, об'єднаній в 1955 г з фірмою Sperry Gyroscope.]

В 1929 р фірма IBM налічувала 4400 співробітників і спеціалізувалася на виробництві самописців, табулятором і ваг. Маючи технічну базу у вигляді розробленого Германом Холлеріта електромеханічного табулятора з введенням вихідних даних з перфокарт IBM виготовила для Колумбійського університету машину для статистичної обробки даних. Це цифровий обчислювач або, як його називали в той час, диференціальний табулятор, в якому для пошуку і запам'ятовування інформації використовувалися регістри, дозволив реалізувати багато з ідей, висловлених приблизно сто років тому до цього Бебіджем.

В відміну від цифрових комп'ютерів аналогові обчислювальні машини почали серйозно розроблятися тільки в 1930 р в Массачусетському технологічному інституті під керівництвом Ванневаром Буша. [Примітка: До цього роботи над аналоговими машинами проводилися в Англії в кінці XIX століття братами Джеймсом і Вільям Томсон. Джеймс Томсон розробляв планіметрії, в якому використовувався інтегратор з м'ячем і диском. Вільям Томсон (лорд Кельвін) застосував цей інтегратор в аналізаторі гармонік і провісники морських припливів. Пізніше він висунув ідею диференціального аналізу, Однак практична реалізація його виявилася нездійсненною у зв'язку з технічними труднощами].

В 1931 р диференціальний табулятор Бебіджа був покладений фірмою IBM в основу примножують машин серії 600 - попередників комп'ютера "Марк 1", розробником якого в другій половині 30-х років був Говард Айкен.

Як видно з вищевикладеного матеріалу обчислювальна техніка, почавши свій розвиток з механічних пристроїв, згодом пройшла своє коротке електромеханічну стадію в 30-х роках і стала електронної в 40-х.

Список літератури

1. "Електроніка: минуле, сучасне, майбутнє" (Пер. с анг. Під ред. чл.-кор. АН СРСР В. І. Сіфорова [ "Мир"; М.; 1980 (296 с.)].

2. Георгій Чліянц (UY5XE). "Хроніка історії обчислювальної техніки" [ "Радіоаматор. Ваш комп'ютер"; # 11/2000 (c.10-11)].