История компьютера

I. 

Слово "компьютер" означает вычислитель, т.е. устройство для вычис-лений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычис-лений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использова-лись счетные палочки, камешки и т.д.

Абак

Поистине революционным событием в истории счета было появление приборов, объединяемых общим названием - абак. Абак мог иметь форму де-ревянной доски, глиняной плитки или просто очерченного кусочка земли. Важно, что на абаке отмечались места (колонки или строчки) для отдельных разрядов чисел.

Впервые об абаке упоминает историк древнего мира Геродот. Абак был широко распространен в античном мире. Его вариантами пользовались в Древнем Риме и Вавилоне, Китае, Японии и многих других странах. Матема-тическая задача считалась решенной в том случае, если ее решение можно было воспроизвести на абаке.

В Россию абак проник не позднее XVI века, но, скорее всего это случи-лось намного раньше. Русскими вариантами абака были "счет костьми" и "дощаный счет".

Палочки Непера

Рис.1

Палочки Непера

Следующий толчок развитию счетного дела был дан шотландским ма-тематиком Д.Непером, при¬ду¬мав¬шим специальные счетные палочки. С па¬лоч¬ками Непера было легко работать, но они имели один существенный недостаток: накопленные единицы ме¬ха¬ни¬чески не переносились в высший разряд. Все же этот незамысловатый прибор широко распространился в Европе. У Непера оказалось много последователей, которые совершенствовали его изобретение, создавая при этом немало остроумных и удобных для работы конструкций. Осталось сделать последний шаг на пути создания механических счетных устройств.

Шиккард

Его сделал в 1623 году профессор восточных языков в Тюбингенском университете В.Шиккард, который в 1631 году стал также профессором ма-тематики и астрономии. Машина Шиккарда состояла из суммирующего и множительного устройства, а также из механизма для записи промежуточных результатов. Правильность выбора чисел и все промежуточные результаты можно было проверить с помощью специальных окошек, в которых появля-лись цифры.

До последнего десятилетия считалось, что первая счетная машина была изобретена французом Блезом Паскалем в 1642 году. Дело в том, что меха-низм Шиккарда в свое время был известен лишь узкому кругу людей. При тщательном разборе архива, который принадлежал знаменитому астроному Иоганну Кеплеру, нашли письма от Шиккарда, в них описывалась схема счетной машины. В XVII веке еще не была налажена система научных жур-налов, и основным каналом для распространения научной информации слу-жила личная переписка ученых.

Паскаль

Тем не менее, это не умаляет заслуг Блеза Паскаля, который в 1642г. изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. В своей машине (она могла только складывать и вычитать) придумал немало остро-умных инженерных решений. Предусмотрел он также более сдобный способ фиксации результатов. Машина Паскаля имела размеры 36138 сантимет-ров, этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Все по-строенные Паскалем варианты машин предназначались для работы с 6-8 - разрядными числами. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

Лейбниц

Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий ма-тематик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину в Парижскую академию. Арифмометр позволял механически выполнять четыре арифметических действия. Машина Лейбни-ца требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 1003020 сантиметров. К сожалению, до нас не дошло ни одного достоверного описания машины.

Бэббидж

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять лю-бые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять табли-цы.

Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитывал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x2+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где хранится и по сей день.

Однако эта неудача не остановила Бэббиджа и в 1834 году он

приступил к новому проекту - созданию Аналитической машины, ко-торая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфо-карт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отвер-стий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь "склад" для запоминания данных и промежуточных результатов (в современ-ной терминологии - память). С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства. В окончательном варианте машина должна была включать три блока. Первый, хранящий информацию на регистрах из цифровых колес, автор назвал "складом". В современных компьютерах ему соответствует запоминающее устройство. Второй блок должен осуществлять различные операции с числами, взятыми из склада; Бэббидж назвал его "фаб-рикой". Соответствующий блок компьютера называется процессором. Нако-нец, третий блок предназначался для автоматического управления последо-вательностью операций во время вычислений, своевременной доставкой со склада нужных чисел, выводом результатов на печать. Бэббидж не дал этому блоку специального названия, в компьютере ему соответствует устройство управления. К сожалению, он не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины - она оказалась слишком сложной для техники того времени. Невозможно достигнуть Луны в деревянной ракете с двигателем внутреннего сгорания, так же невозможно было сделать аналитическую ма-шину из механических элементов. Но заслуга Бэббиджа в том, что он впер-вые предложил и частично реализовал, идею программно-управляемых вы-числений. Именно Аналитическая машина по своей сути явилась прототипом современного компьютера. Эта идея и ее инженерная детализация опередили время на 100 лет! Говард Эйкен, конструктор одной из первых действующих электронно-вычислительных машин ENIAC писал: "Живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы безработным".

Арифмометры

Естественно, что машины Паскаля, Лейбница и других изобретателей строились в одном или нескольких экземплярах. Поэтому они не находили сколько-нибудь заметного применения в счетном деле.

Положение изменил весьма предприимчивый уроженец Эльзаса Карл Томас, основатель и директор двух парижских страховых обществ. В 1818 году он сконструировал счетную машину, уделив основное внимание техно-логичности механизма, и назвал ее арифмометром. Уже через три года в мас-терских Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а затем их выпуск был доведен до сотни в год. Большая часть (60%) машин вывозилась за пределы Франции.

Таким образом, Томас положил начало счетному машиностроению. Его арифмометры выпускали в течение ста лет, постоянно совершенствуя и ме-няя время от времени названия.

Начиная с XIXв. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполнялись даже очень сложные расчеты, например, расчеты балли-стических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала даже особая профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую после-довательность действий впоследствии стали называть программой). Но мно-гие расчеты производились очень медленно - даже десятки счетчиков долж-ны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста - при та-ких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производи-лись человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

Первые арифмометры были дороги, ненадежны, сложны в ремонте и громоздки. Поэтому, скажем, в России стали приспосабливать к более слож-ным вычислениям счеты. Например, в 1828 году генерал-майор Ф.М.Сво¬бод¬ской выставил на обозрение оригинальный прибор, состоящий из мно¬жества счетов, соединенных в общей раме. Свободской не ограничился ме¬ха¬низацией четырех действий арифметики, прибор совершал и более за¬мыс¬ловатые операции. Так, извлечение кубического корня из 21-значного числа занимало три минуты! Основным условием, позволявшим быстро вы¬числять, было строгое соблюдение небольшого числа единообразных правил. Все операции сводились к действиям сложения и вычитания. Таким образом, прибор воплощал в себе идею алгоритмичности.

"Железный Феликс"

Пожалуй, одно из последних принципиальных изобретений в механи-ческой счетной технике было сделано жителем Петербурга Вильгодтом Од-нером. Построенный Однером в 1890 году арифмометр фактически ничем не отличается от современных подобных ему машин. Почти сразу Однер с ком-паньоном наладил и выпуск своих арифмометров - по 500 штук в год. К 1914 году в одной только России насчитывалось более 22 тысяч арифмометров Однера. В первой четверти XXв. эти арифмометры были единственными ма-тематическими машинами, широко применявшимися в различных областях деятельности человека. В России эти громко лязгающие во время работы машинки получили прозвище "Железный Феликс". Ими были оснащены практически все конторы.

II. 

Электромагнитные